筒式磁流变离合器的结构设计及实验研究

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磁流变液(MRF)被认为是未来最具前途的智能材料之一。它在无外加磁场作用时呈现牛顿流体的流动特性,然而在强磁场作用下,其表观粘度可在毫秒级的短时间内增加几个数量级以上,并呈现类似固体的力学性质,而且粘度的变化是连续、可逆的,一旦去掉磁场后,又变成可以流动的液体。  磁流变液离合器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磁流变液产生的剪切屈服应力来传递扭矩。当有一个外加磁场作用时,磁流变液中的极性粒子马上被极化并沿着磁力线方向成链状分布。这种链状结构就使磁流变液的剪切应力增大,表现出塑性体的特性,因此离合器就可以传递一定的力矩。由于输出力矩的大小可以通过调节磁场强度的大小来控制,从而实现主动构件与从动构件的平稳接合,因此磁流变液离合器在工程上有着广阔的应用前景。  本文研究了磁流变液的流变特性和力学特性;基于磁流变液的Bingham模型和不可压缩粘性流体的navior-stokes方程建立了圆盘式和圆筒式磁流变离合器的转矩传递模型,推导出计算公式,提供了设计依据,分析了设计参数对输出转矩的影响;根据磁路设计理论,提出了磁流变离合器磁路设计的方法,采用Ansys软件进行了有限元数值分析,然后不断改进设计达到一个最优结果,其结构的特点是在连接处增加了导磁环结构,这个结构使磁路得到进一步优化,并且在密封上采用双层密封的形式,在完成设计后进行机械加工,按设计要求制作实物。对制造出的磁流变液离合器进行扭转实验,实验证明磁流变液基于磁场强度的改变可以传递不同的转矩,并对其输出性能进行了标定。  
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