永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置的研究与设计

摘要

传统磁流变制动器利用通电线圈充当磁源产生磁场激发磁流变效应从而达到制动效果，受特殊因素（如断电、高温等）影响，会使得制动效率降低甚至失效。本课题设计一种永磁式磁流变制动器，利用永磁体充当磁源产生磁场激发磁流变效应实现制动，改善了传统磁流变制动器的工作环境，实现无功率损耗；物体下落过程中，随工作腔沿轴向移动长度的改变，工作腔内的磁场发生改变，磁流变液产生的制动力矩逐步增大，缓解着陆时带来的刚性冲击，实现软着陆；同时引入摩擦制动，通过调节弹簧伸长量改变摩擦盘之间的间距，使物体着陆高度可调。　　基于磁流变液特殊的流变特性以及永磁体自身特殊磁性，研究了磁流变液的组成与特性，对比传统电磁式磁流变器件性能，得出永磁式磁流变器件受工况影响小、同时无功率损耗的优点。研究分析了磁流变液智能材料的三大组成部分、磁流变液的传动机理与磁流变效应原理，为后期建立力学模型打下基础。分析了磁流变液三种不同工作模式，最终确立了永磁圆筒式磁流变制动器的结构形式，并在此基础之上研究了该模型的数学模型，建立了制动力矩方程。　　针对本课题运用永磁体充当磁源，制动距离可调的设计要求，在已有模型基础上，运用机械设计方法得出合理的机械结构与磁路结构。运用ANSYS对模型进行仿真分析，分析结果表明：在误差允许范围内，本设计结构参数与磁场设计合理。进而对影响装置磁场的可能因素，如磁极间距、磁极角、工作腔厚度等进行分析，得出可以改善磁场的方案。对磁流变液传递转矩进行分析，结果表明：受物体下落影响，随工作腔沿轴向移动长度的增加，工作腔内的磁场发生改变，产生的制动力矩逐渐增大，下落过程中，物体先加速后减速，最终静止，整个过程并无刚性冲击，证明软着陆设计合理。对物体下落状态进行仿真分析，得出结论：通过改变弹簧伸长量，调节摩擦盘之间的距离，实现物体着陆高度可调。　　通过理论值与实验值对比分析，表明：在误差允许范围内，实验值与理论值呈现出一致的趋势；随物体下落，磁流变液工作磁场发生改变，产生制动力矩逐步增强，物体下落过程无刚性冲击，实现软着陆；同时，受弹簧伸长量影响，着陆距离高度可调。该课题已获国家发明专利授权，研究成果发表在CSCD期刊上，对后期永磁式磁流变器件的设计具有一定参考意义。

目录

声明

1绪论

1.1选题来源及意义

1.2磁流变液

1.3永磁体

1.4 永磁体在磁流变器件中的发展

1.5本文主要研究目标、研究内容与技术路线

1.6 本章小结

2 磁流变液与磁流变效应原理

2.1引言

2.2磁流变液组成

2.3磁流变效应机理

2.4主要性能参数

2.5磁流变器件的工作模式

2.6本章小结

3 圆筒式磁流变制动器工作原理

3.1 引言

3.2结构形式

3.3永磁圆筒式制动器的工作原理

3.4电磁圆筒式磁流变制动器工作原理

3.5数学模型

3.6理论分析

3.7电磁流变制动器与永磁流变制动器的比较

3.7本章小结

4 永磁圆筒式磁流变制动器设计

4.1 引言

4.2结构设计的考虑因素

4.3机械结构设计

4.4电磁式磁路设计

4.5电磁式磁路仿真分析

4.6 永磁式磁路设计

4.7本章小结

5 磁场有限元分析

5.1 引言

5.2有限元分析基本概念

5.3有限元分析基本步骤

5.4永磁圆筒式磁流变制动器磁场有限元分析

5.5制动器有限元分析

5.6 本章小结

6 永磁制动性能实验研究

6.1 引言

6.2实验平台的设计

6.3实验流程

6.4实验结果与分析

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2工作展望

致谢

参考文献

附录