行星式磁流变传动装置的结构优化及其特性研究

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磁流变液(Magnetorheological Fluids,MRF)是一种由微米级铁磁性颗粒、基载液和微量添加剂组成的新型智能材料。在外部励磁源的磁场作用下,MRF有很好的流变特性,具体表现为快速、连续、可逆的特点。磁流变传动装置(Magnetorheological Transmission Device,MRTD)是一种较为新颖的动力传递装置,装置动力传递介质选用流变性能较好的MRF,在传动过程中其动作迅速、转速和转矩输出可控,具有很大的开发价值和研究意义。本文对基于剪切增稠液(Shear Thickening Fluids,STF)的磁流变液进行了研究,主要研制了 一种新型行星式永磁体磁流变传动装置并对其进行传动特性分析。对MRF和STF的性状进行了观察和研究。制备了 MRF,进行显微观测平台的搭建,对MRF在外加磁场的作用下其链化结构及变化过程进行了观察,以便于在理论上更好的理解MRF的流变效应。制备了基于STF的MRF,观察其宏观性状及流变效应,探究其作为新型传动装置介质的实用价值和应用前景。对线圈式磁流变传动装置进行优化和分析,搭建适配于传动装置的实验台并进行实验测试。实验测试中主要进行了空载特性、静载特性、动态响应特性、调速特性和调矩特性测试。实验主要结论为:优化导磁柱结构后的MRTD空载转矩很小,传递转矩能力大,传动特性较好;在合适的励磁电流变化范围内,输出转矩值与输入励磁电流值基本保持线性关系;装置响应时间为毫秒级,加载响应时间约为150ms,卸载响应时间约为400ms;通过调节励磁电流大小,可实现磁流变传动装置无级调速。研制了一种新型行星式永磁体磁流变传动装置,该装置基于剪切-挤压效应混合工作模式,内部传动构件采用采用行星式磁管套组结构,能够在MRF工作的过程中极大的降低高转速带来的离心力不利作用,从而提升MRF在工作过程中的综合性能。装置基于剪切工作模式,采用圆筒型工作结构且励磁源设置为永磁体内置式,装置内部设置有可以自由旋转的磁管套组结构,在MRF工作的过程中其对MRF进行搅动,从而产生复杂的非均匀流场和磁场,增大了装置的输出转矩能力且传动特性稳定可靠。对新型行星式永磁体磁流变传动装置在永磁体励磁源下进行磁路设计并对其进行磁场和流场的仿真分析,用特斯拉计测试其周向及径向磁场强度验证磁路设计及仿真分析,在搭建的传动实验台上对装置进行传动特性测试。测试结果表明,该装置能有效传递扭矩,且在电机转速为900 r/min时,达到最大扭矩值7.6N.m;该装置能有效调节滑差转速,通过控制内部磁场强弱进而调节输出转速大小。研究所取得的成果对磁流变传动技术具有一定的参考意义,为磁流变传动装置的应用及器件的工程推广提供依据。
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