【摘 要】
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康复机是一种能够自身产生动态阻尼力来抵抗人体持续施加的作用力,消耗人体能量,达到恢复和锻炼人员四肢力量的器械,已被广泛应用于医疗、大众健身等领域,其核心部件为产生可控阻
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康复机是一种能够自身产生动态阻尼力来抵抗人体持续施加的作用力,消耗人体能量,达到恢复和锻炼人员四肢力量的器械,已被广泛应用于医疗、大众健身等领域,其核心部件为产生可控阻尼力的阻尼器。
磁流变液(MagnetorheologicalFluids,简称MRF)是微米尺寸的磁极化颗粒分散于非磁性液体中形成的悬浮液。磁流变液在外加磁场作用下会表现出一种非线性流变学效应。随着人们对磁流变液机理和制备研究的不断深入,其力学性能和磁学性能也不断完善,其应用器件的研究已引起科技工作者的广泛关注。磁流变阻尼器就是其非常重要的一种应用器件,它是利用磁流变液做介质进行工作的一种智能型阻尼器,它具有重量轻、响应快、可控性和能耗低等突出特点。若将磁流变阻尼器用于取代康复机的阻尼部件,能降低噪音、减少污染,延长使用寿命,并能实现阻尼力的连续可控调节。
本文从磁流变液应用器件角度出发,重点研究了适用于康复机使用的旋转型阻尼器,考虑了旋转型磁流变阻尼器工作片数、间隙、隔磁、散热及加工等诸多因素对性能的综合影响;并从磁流变液本构关系模型(Bingham模型)出发,建立了磁流变旋转阻尼器阻尼力矩的计算模型;通过应用有限元的数值分析方法,计算了几种自行设计的旋转阻尼器的磁场分布,并把结果进行比较,选择出一种高效的多片旋转阻尼器设计,研制出一种能有效提高磁流变液工作效能和器件工作稳定性的阻尼器。并对其阻尼性能、密封性、磁路优化等方面作了较大的改进。该方法能直观地分析和计算出阻尼器产生阻尼力矩大小和各部位磁场强度值,能增强结构设计的科学合理性。
最后,建立了研究该阻尼器主要动力学特性的实验系统,并进行了实验测试。实验结果也表明,该阻尼器的阻尼力矩、力矩可控区间、工作稳定性等较单片型阻尼器均有较大幅度提高,散热性能有明显改善。将该阻尼器加装了一套简单的控制系统,使其组成了磁流变康复机的样机。
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