结构参数对磁流变离合器性能的影响

摘要

磁流变液是一种新型智能材料，它是细小的磁性颗粒分散溶于载液中形成的、随外加磁场变化而具有可控流变性的悬浮液。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，产生磁流变效应：其表观粘度可在毫秒级的时间内增加几个数量级以上，并出现类似固体的力学性质，而且粘度的变化是连续的、可逆的。磁流变传动的理论基础即为磁流变效应。
　　 磁流变液离合器是一种依靠在外加磁场作用下、磁流变液产生的剪切屈服应力来进行离合的装置，它传递的力矩随外加磁场的变化迅速变化。没有磁场作用时，磁流变液表现为一般牛顿流体，只传递一般液体粘性阻力产生的，离合器处于断开状态；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，这种链状结构使磁流变液的剪切应力增大，表现出塑性体的特性，离合器就可以传递一定的力矩。磁流变液离合器具有传递扭矩稳定、结构简单、易于控制、能耗低、寿命长等优点。
　　 本文重点考虑了结构参数对磁流变传动装置的性能影响问题。
　　 首先对磁流变液材料的特性以及现阶段的某些应用作一些介绍，并对磁流变液性能机理进行分析，并确定了其本构关系；接着对圆盘式磁流变液离合器传递力矩构成进行分析，通过Bingham方程对离合器的力矩传递形式建立了数学计算模型，并且通过理论分析和推导得到了传递转矩的计算公式。利用ANSYS软件对离合器进行有限元仿真分析，得出磁感应强度B沿半径方向的分布，通过对结果数据进行分析、处理和拟合，得出了圆盘式磁流变液离合器的结构参数，如圆盘厚度t、圆盘间隙h及圆盘直径与传递转矩T的关系。进一步研究电流、圆盘直径和转矩三者之间的关系，推导出函数关系式。针对论文中模型较多、参数需不断修改的问题，整理出APDL命令流文件，提高了分析效率。最后对比了实验结果与理论分析结果，并做出了误差分析。
　　 本文的研究工作表明，传动器件的结构参数对磁流变传动装置的性能具有不同程度的影响，以本研究为例，可知圆盘半径变化对传动装置性能有显著影响，而相比之下，其他参数的影响要弱一些。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 磁流变液的研究现状

1.2 磁流变液的应用前景

1.3 磁流变液器件的研究及发展

1.3.1 磁流变液用于制动和离合

1.3.2 磁流变液阻尼器

1.3.3 磁流变液抛光装置应用于精密加工

1.3.4 磁流变液液压阀

1.3.5 其他磁流变液装置及应用

1.4 磁流变液传动的重要性与可行性

1.5 本文研究的内容

第二章 磁流变机理与磁流变液性能研究

2.1 磁流变液的组成

2.2 磁流变效应特征及其固化机理

2.2.1 磁流变效应的特征

2.2.2 磁流变液固化机理

2.3 磁流变液的性能

2.3.1 磁流变液的物理性能

2.3.2 磁流变液的化学性能

2.3.3 磁流变液的剪切屈服应力

2.3.4 屈服应力的影响因素

2.3.5 磁流变液的磁学性能

2.3.6 磁流变液的稳定性

2.4 磁流变传动对磁流变液材料的要求

本章小结

第三章 磁流变离合器的工作原理

3.1 磁流变液传动原理

3.1.1 磁流变液传动的概念

3.1.2 磁流变液变速传动的工作原理

3.1.3 磁流变器件的工作模式

3.1.4 磁流变液剪切传动的分类

3.2 圆盘式磁流变液离合器的工作原理

3.3 圆盘式磁流变离合器的数学模型

本章小结

第四章 磁流变液离合器的结构设计

4.1 机械设计的理论基础

4.1.1 机械设计的考虑因素

4.1.2 设计中的力矩分析

4.2 离合器的机械设计

4.3 磁流变离合器磁路设计

4.4 线圈的固定

本章小结

第五章 仿真试验结果分析

5.1 数值方法简介

5.2 ANSYS方法简介

5.3 电磁场理论及其数值分析

5.3.1 麦克斯韦方程组

5.3.2 电磁场数值计算

5.4 ANSYS计算模型

5.4.1 建立ANSYS模型

5.4.2 ANSYS模拟结果分析

本章小结

第六章 磁流变离合器实验研究

6.1 实验方案

6.2 试验装置及原理

6.2.1 实验装置

6.2.2 实验原理

6.2.3 实验步骤

6.3 实验结果及分析

本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢