筒式磁流变离合器的结构设计及实验研究

摘要

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。

目录

筒式磁流变离合器的结构设计及实验研究

THESTRUCTURALDESIGNANDEXPERIMENTALSTUDYOFCYLINDER-TYPEMRFCLUTCH

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1课题背景

1.2磁流变体的组成及磁流变效应的特征

1.3磁流变技术的工程应用和研究现状

1.3.1阻尼器

1.3.2无级变速器

1.3.3制动器与离合器

1.3.4抛光技术

1.3.5柔性夹具

1.3.6磁流体密封

1.4离合器的功用、分类和对其基本要求

1.5国内外磁流变离合器研究现状

1.6本文主要研究内容

1.7本章小结

第2章 有限元电磁场分析与优化

2.1Ansys与有限元方法

2.1.1简介

2.1.2电磁场数值计算理论基础

2.2 材料的初步选择

2.3 ANSYS电磁仿真

2.3.1材料参数的设定

2.3.2仿真结构

2.3.3磁场模拟

2.3.4仿真试验结果分析

2.4 本章小节

第3章机械结构设计

3.1轴的设计

3.1.1主动轴设计

3.1.2从动轴设计

3.1.3轴承设计

3.1.4键连接的计算

3.2其它结构的设计

3.2.1螺钉连接的计算

3.2.2密封装置的设计

3.2.3薄壁圆筒的计算

3.3本章小结

第4章磁流变离合器的理论分析

4.1磁流变体磁化的微观结构

4.2磁流变液应用于离合器

4.3磁流变离合器的理论分析

4.3.1圆盘式磁流变离合器转矩传递模型及参数分析

4.3.2圆筒式磁流变离合器转矩传递模型及参数分析

4.3.3圆筒式磁流变离合器转矩理论计算

4.4本章小节

第5章 离合器性能标定

5.1引言

5.2离合器静态扭矩实验

5.2.1仪器设备

5.2.2结果分析

5.3其余指标分析

5.4改进实验方案

5.4.1实验台的设计

5.4.2实验方法

5.5本章小节

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢