永磁轴向调整式磁流变传动装置特性研究

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磁流变液(Magnetorheological Fluid,MRF)作为一种新型的智能材料,主要是由微米级铁磁性颗粒、基载液和少量添加剂组成。在无外加磁场的作用下,MRF表现为牛顿流体的特性;在有外加磁场作用下,MRF的表观粘度会发生很大程度地改变,表现为Bingham流体特性,MRF所表现出的这种流变特性具体表现为快速、可逆和方便可控的特点。而磁流变传动装置(Magnetorheological Transmission Device,MRTD)是一种新颖的动力传递装置,该装置主要是依靠MRF作为动力传递的媒介,装置的输出特性连续可调,能够有效的传递输出转矩和转速,具有较为深远的开发意义和应用前景。本文针对目前的MRTD研究中存在的问题,对以下几个方面进行研究。对磁流变的机理进行研究,制备了实验所需的MRF,分析影响MRF性能的因素。为了清楚了解MRF在磁场作用下的表现形式,观察铁磁性颗粒聚集成链的速度,通过显微镜来对MRF进行实时观察,主要是观察MRF从无磁场的条件到有磁场的条件下的动态变化,提出了磁流变液屈服应力随磁场变化的本构模型。设计了一款永磁轴向调整式MRTD。该装置不同于传统的纯剪切式的传动装置,剪切-挤压共同作用能够更大程度地发挥装置传递转矩的能力,更好地发挥MRF的优势。设计了导磁柱结构用来干扰工作区域处MRF的流场,以及提高工作区域处的磁场强度,通过干扰流场来降低因离心作用所带来的固液分离现象。对该MRTD进行磁路设计并对其进行磁场仿真和流场仿真分析,通过对导磁柱结构的理论分析,建立MRTD导磁柱处的数学模型,理论分析了导磁柱结构处的MRF所能提供的传动力矩大小和影响该传动力矩的因素,通过对MRTD的结构分析,确定各零部件的尺寸参数,建立一套完整的MRTD设计制造方法。搭建实验平台对新型MRTD进行传动特性测试。主要是测试其空载特性、静载特性、调速特性以及调矩特性。实验结果表明:本课题所设计的传动装置在空载情况下可以持续稳定的传递力矩。随着电机输入转速的增加,在输出端有负载时,输出端可以逐渐由固定不动变为近乎同步旋转,表现出一定的线性关系,而且磁场强度的增加会有效的调节输出转速。当磁场强度一定时,整个传动装置的输出转矩表现为随电机输入转速的增加而增大,输出转矩持续且稳定,有更好的传动效果。该研究所取得的成果主要是为MRTD的工业化应用提供一些实验基础,为推广磁流变传动技术提供依据。
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