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磁流变液是一种新型智能材料,磁流变液是在基液中加入微小的固体颗粒而构成的稳定悬浮液。在外加磁场作用下,会产生磁流变效应。磁流变效应直接影响磁流变液的机械特性。无磁场时,固体颗粒无规律的分布,磁流变液具有牛顿流体特性;当加磁场时,磁流变液中的颗粒沿磁场方向排列成磁链,这些链状结构能阻止流体的流动,因而增大了磁流变液的屈服应力,这时磁流变液表现为宾汉流体。这种变化是连续的、迅速的、可控的,并且也是可逆的。
磁流变液传动是一种依托于磁流变液材料“固化”特性的机械装置,依靠外加磁场作用下的磁流变液产生的剪切屈服应力来传递扭矩。当没有磁场作用时,磁流变液只传递一般液体粘性阻力产生的扭矩;当施加一定强度的磁场后,磁流变液中的磁性颗粒沿着磁场呈链状分布,当传动两侧存在转速差,就会切割磁链,从而产生较大的剪切屈服应力,这样就能够传递足够大的扭矩。由于磁流变液本身的特性,可以通过控制磁场的强度来控制传递的剪切扭矩。所以磁流变液传动具有传递扭矩稳定、结构简单、易于控制、能耗低、寿命长等优点。
本文首先通过查阅参考文献资料,分析磁流变液的结构组成,确定其本构关系。研究了磁流变机理和效应,分析了磁流变固化的原理。建立数学力学模型,以Bingham模型为基础,推导出输出扭矩、转速、磁感应强度之间的数学关系式。设计了圆盘式磁流变液传动器件的机械结构,确定转动部分、支承部分、离合部分等主要构件的参数。应用了有限元的数值分析,建立了不同间隙下的有限元分析模型,分析了圆盘式磁流变液传动器件在不同电流下磁感应强度沿半径方向的分布,通过对结果数据进行分析、处理和拟合,确定了磁感应强度、电流和半径之间的关系。并将拟合的表达式带入转矩的计算表达式,最终得出了不同问隙下传递转矩和电流强度之间的曲线。根据转矩与电流强度之间的关系,分析了转矩随着电流强度的变化特性以及间隙对磁流变液传动的影响。完成传动器件的样品加工,选购实验所需要的设备及配件,搭建了实验所需要的平台,制定实验方案,测试相关数据,与理论分析进行对比,最后分析了误差产生的原因。为今后的进一步深入进行理论和实验研究打下了基础。