论文部分内容阅读
磁流变传动装置(Magnetorheological Transmission Device,MRTD)是新型的动力传动装置,使用磁流变液(Magnetorheological Fluids,MRF)作为传输介质。MRF是由分散在基载液流体中的微米级铁磁颗粒组成的智能材料。在外部磁场的作用下,MRF流变特性可以发生巨大变化,这种变化迅速、持续且具有可逆性。MRF在振动控制和动力传动领域具有广阔的工程应用前景。本文提出了采用电磁线圈作为定子一部分的MRTD新型结构,是一种基于MRF可控流变性能的多极磁流变传动装置,在传动过程中MRF的工作状态为剪切和挤压模式的组合。新型MRTD通过调整外部应用磁场,可提供可控的扭矩和转速,具有快速响应和连续可调的输出特性。这种结构降低了离心力的不利影响,提高了 MRTD的工作性能。本文分析了 MRF的工作模式和MRTD的材料选择。建立了新型MRTD的数学模型和设计方法。研制了外置多极电磁式MRTD。通过有限元仿真软件对MRTD的内部磁场进行了分析。总结了输出扭矩的基本机理和控制方法。搭建了新型MRTD的实验平台。实验分析了 MRTD样机的传动特性,主要包括设备的扭矩组成、空载特性、扭矩传输特性、速度控制、动态响应和恒定扭矩特性等方面的分析。分析了输出扭矩的组成,包括部件之间的摩擦和MRF形成的扭矩。空载实验分析了未施加负载时密封件、轴承和MRF零场粘度等产生的基础扭矩。扭矩传输特性实验分析了 MRTD在应用磁场下传输的扭矩量,据此判定MRTD的传输能力。速度控制实验分析了 MRTD的输出转速与通过线圈施加的励磁电流之间的关系。动态响应实验分析了MRTD传动扭矩在不同工作状态下的时间响应。恒定扭矩实验分析了是指在励磁电流变化的情况下,输出速度保持不变时MRTD传输扭矩变化。结果表明,在稳态工况下MRTD的传递扭矩随电流增加而逐渐增大,扭矩相对于输入电流呈线性增长。当励磁电流为2A时,MRTD传输的最大扭矩能达到6.6 Nm。当电流增大到一定程度时MRTD的输入和输出可以达到同步速度。磁场作用下MRTD的加载响应时间大于卸载响应时间,装载响应时间约为500ms,而卸载响应时间约为200ms。响应时间的差别是因为磁场作用下MRF中的磁性颗粒形成各向异性结构。输入速度变化对动态响应时间的影响较小。本问研制的新型MRTD可实现转速和扭矩的可控传递,具有良好的传动性能。