曲轴作为发动机的核心构件,其扭振会影响曲轴的使用寿命。因此,需使用曲轴扭振减振器来对扭振进行消减,以此耗散扭振能量。而硅油减振器则是一种典型的无弹性阻尼减振器,被广泛的应用于车用柴油机和船用柴油机上。然而,当前广泛使用的硅油扭振器的阻尼系数固定,属于定阻尼式的扭振减振器,无法根据实时响应需求对器件关键阻尼参数进行自适应调节,使之实现最佳减振控制效果。而磁流变液材料具备响应速度快、连续可调,能耗低等优点,可弥补传统硅油的定阻尼工作的局限性,目前被广泛应用于自适应的减振控制之中。但磁流变液材料易发生沉降,且对密封要求较为苛刻。因此,本文应用不易发生沉降的磁流变脂进行发动机扭振减振器的设计。主要内容有:(1)扭振减振系统建模及仿真分析:首先对曲轴扭振减振系统进行理论分析研究,通过MATLAB/Simulink对扭振减振系统进行总体建模及仿真分析,分析减振器中重要参数对扭振控制效果的影响,并在不同的工况下开展仿真实验研究。实验结果表明,在其他参数不变的情况下,扭振减振器的阻尼系数值增大,扭振的消减速度也在加快,其扭振的振动平衡点的值随之减小,然而当超过临界值时,阻尼系数值继续增大不会使得振动平衡点的值继续减小,反而会使振动平衡点的值有所增加。此外,通过对振幅放大系数的求解公式进行建模仿真分析可知,在不同的频率比下,阻尼系数的值不断增长,其振幅放大系数的值的变化情况也不同。(2)电磁场仿真分析:扭振减振器其阻尼的可控性主要在于磁场。因此,基于Maxwell软件对预设计的基于磁流变脂发动机扭振减振器进行电磁场分析,为存在于扭振减振器壳体与惯性块间隙内的磁流变脂材料进行磁场设计。数值仿真结果表明内外双线圈所产生的磁场可以更好地满足减振器壳体与惯性块之间的磁流变脂材料的覆盖,文中进一步对其不同电流场下的稳态磁场进行分析,得到其安匝数与磁场的关系曲线。(3)结构设计:对传统硅油减振器的惯性块结构与硅油之间相互作用进行类比,并对基于磁流变脂的发动机扭振减振器整体结构以及走线盒结构进行结构设计。优化匹配了适用的硅油型号、磁流变脂,对设计的磁流变脂扭振减振器关键零部件进行力学性能数值分析,给出了不同工况下的结构变形,以满足复杂工况技术要求。(4)鲸鱼群算法优化控制:建立了磁流变脂扭振减振系统动力学控制模型,分别采用了传统PID控制方法和鲸鱼群算法整定PID参数的控制方法对扭振控制效果进行了数值仿真。仿真结果表明鲸鱼群算法整定PID参数的控制方法可以取得较好效果,扭振控制幅值、阻尼比等显著降低。另外,在同样迭代次数与局限条件下,鲸鱼群算法整定PID参数的控制方法快速收敛。(5)对基于磁流变脂的扭振减振器工程适用性评价:鉴于扭振减振器阻尼间隙内油液量、厚度尺寸等参数可直接影响器件减振性能的优劣。因此论文分别从器件加工焊缝质量以及硅油腔和磁流变脂腔其油层(脂层)间隙尺寸参数两方面进行无损检测方案设计,并运用超声波器件进行实际测量。结果表明通过超声扫描显微镜可以对焊缝质量和阻尼层间隙的大小进行测量,且其精度能够满足工业检测要求。