CN100392283C - 用磁流变流体实现减振及非接触式动力传递的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用磁流变流体实现减振及非接触式动力传递的方法，采用开有若干个聚磁孔的多片盘式叶片，用隔磁浮动支承环使主动叶片与从动叶片的工作面分离后形成工作间隙；在工作空间内充有磁流变流体；设置电磁螺线管、带有隔磁环的扼铁I和扼铁II；使电磁螺线管的主磁通分两次垂直穿过多片盘式叶片和各工作空间中的磁流变流体形成闭合回路，改变主动叶片与从动叶片间工作空间内的磁场强度，在主动叶片与从动叶片的工作面没有直接接触的条件下减振和对于非接触式动力传递连续控制的功能。
Description
技术领域
本发明涉及振动控制和机械动力传动领域，尤其是用磁流变流体实现减振及非接触式动力传递的方法，针对现有特种车辆用叶片式减振器和四轮驱动车辆用液体粘性联轴器阻尼比无法在线连续调节、示功图受工作温度影响明显，加工精度要求高，不能实现主动控制等弱点，本发明公开了用磁流变流体实现减振及非接触式动力传递的方法。
背景技术
在《坦克构造学》第十五章第三节中，详细描述了特种车辆用叶片减振器的工作原理和内部结构(参照原理图4和图5)。由于传统的叶片式减振器的密封件可靠性能差，曾经一度被摩擦片式减振器所替代。但由于摩擦片式减振器的行走舒适性能差，在当今密封件技术水平日益提高的背景下，传统的叶片式减振器又夺回了失去的市场份额。但传统的叶片式减振器属于被动减振元器件，同常规车辆一样，在低速舒适性和高速操纵稳定性之间存在矛盾，往往不能兼顾。随着高新技术的发展，先进的精密仪器装备于车辆，以及对于车辆的高速能力也提出了要求，从而对于车辆行动部分的主动控制要求越来越高。由于传统叶片式减振器属于被动式减振器，其阻尼比不能在线调节和主动控制，从而对于多种路面的适应性差，温升加大，示功图受温度的影响大，往往导致过早失效。就如何将传统叶片减振器改为阻尼比在线连续调节的主动/半主动减振器，顾亮等人在“叶片式减振器的特性分析和液压参数识别”一文中，提出了在高、低压腔间串入外设液压比例阀，连续在线控制阻尼比的方法，但仍没有能够在降低叶片减振器的加工精度以及从减振器内部入手解决问题。能否有一种方法，在常温下使叶片式减振器的内部压力小，还能用外加信号控制其阻尼力的输出，实现低压、可靠的主动半主动控制？
同时在魏宸官与赵家象合著的《液体粘性传动技术》一书中详细论述了通过改变主、从盘式叶片间的工作间隙，依靠粘性流体剪切作用传递动力的粘性动力传动装置(如液体粘性联轴器)，必须采用高精度液压控制系统控制主、从盘式叶片间的工作间隙，无形中提高了控制的成本和加工精度，使大功率整机的成本高(从几十万至数百万人民币不等)，使用场合常常受到限制。如果利用固定间隙和改变流体的表观粘度的方法，不但省去了高精度液压控制系统控制的成本，同时也大大降低制造精度和生产成本，使大功率整机的成本低(从几万至几十万不等)，显然有着显著的技术和经济效益。
近年来，一种通过外加弱电信号控制流体(表观)粘稠的技术，称之为磁流变技术，逐渐成为主动悬架和动力传递的核心，该技术已经成功地应用于工程机械(如中国柳工集团的CLG858高速装载机主动悬架技术——中国武汉盘古减振抗震缓冲技术有限公司提供)、高档轿车(如美国通用的卡迪拉克四种车型——美国DELPHI公司提供)、建筑结构(中国的洞庭湖悬索大桥——美国LORD公司提供)等。随着磁流变技术的发展，磁流变技术前景看好。
磁流变技术的应用模型分为流通模型和剪切模型，该发明利用的是剪切模型。剪切模型认为：两俩相互分离δ、相对以v线速度滑动的平板，在施加磁场强度为H，介质的常规粘度为μ时，其板间的剪应力符合
τ＝τ0+μv/δ
其中τ0是磁场强度的函数。显然，在v＝0时，牛顿流体项消失，只要磁场强度不为零，两板间的剪切力不为零。从而通过改变磁场强度，就可以控制两板间的剪切力的大小。在v≠0时，牛顿流体项仍有贡献。
问题是，能否用成熟的磁流变技术改造传统的叶片减振器和依靠粘性流体剪切作用传递动力的粘性动力传动装置(如液体粘性联轴器)，克服其诸多缺点，正是本发明的目标所在。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提出用磁流变流体实现减振及非接触式动力传递的方法，利用磁流变技术，以提供一种对于加工精度要求低，通过外加弱电信号，使阻尼比或动力传递在大范围内在线连续、快速、可逆调节的方案。
解决上述问题的技术方案是：
用磁流变流体实现减振及非接触式动力传递的方法，涉及振动控制及动力传递与控制领域，其特征是：采用多片盘式叶片，将多片盘式叶片按主、从关系分为主动叶片30、从动叶片20；主动叶片30、从动叶片20必须沿公共轴线200间隔排列才能形成主动叶片30与从动叶片20间的工作空间50；其次组成了主动叶片组和从动叶片组；将主动叶片组与主动轴170相联接，将从动叶片组与从动轴15相联接；在主动叶片30与从动叶片20间设置隔磁浮动支承环90，限制主动叶片与从动叶片工作面间的最小间隙，并使主动叶片30与从动叶片20的工作面分离；在主动叶片与从动叶片间的工作空间50内充有磁流变流体；在多片盘式叶片的公共轴线200方向上的一侧设置带铁芯140的电磁螺线管130、扼铁I 100、扼铁II 120和隔磁环110，所述隔磁环110位于扼铁I 100和扼铁II 120之间并将所述扼铁隔离；在多片盘式叶片的公共轴线200方向上的另一侧设置扼铁III 10；在多片盘式叶片上与隔磁环110相对应的圆周上沿周向分别开有若干个聚磁孔40、60，使电磁螺线管的主磁通前段70垂直穿过多片盘式叶片和各工作空间50中的磁流变流体、穿过扼铁III 10后，使电磁螺线管的主磁通后段80垂直穿过多片盘式叶片和各工作空间50中的磁流变流体，形成主磁通闭合回路180；给电磁螺线管130施加电能，改变主动叶片与从动叶片间工作空间50内的磁场强度，使其内的磁流变流体流变特性发生显著变化，在主动叶片与从动叶片的工作面没有直接接触的条件下，在主动叶片与从动叶片间传递阻尼力矩，实现减振和对于非接触式动力传递连续控制的功能。
本发明的优点是：
1)主动叶片和从动叶片的工作面不直接接触，采用大间隙，降低了机加工中对于尺寸精度、叶片表面不平度和表面粗糙度的要求；
2)在大范围内，可连续、快速、可逆地调控磁流变流体的粘稠，实现减振器的半主动控制，补偿工作温度的影响；
3)在大范围内，可连续、快速、可逆地调控磁流变流体的粘稠，使液体粘性联轴器的动力输出特性能够适应道路的特殊要求；
4)从根本上解决了车辆低速舒适性能、高速操纵稳定性能和转弯特性等之间的矛盾，在提高车辆低速舒适性能的同时，提高其高速操纵稳定性能；
5)通过弱电信号实施主动力或力矩控制。
附图说明
说明书附图如下：
图1是磁流变流体减振器和磁流变流体非接触式动力传递器件的模型示意图。
图2是磁流变流体减振器和磁流变流体非接触式动力传递器件模型中的主动叶片、从动叶片、隔磁浮动支承环、主动叶片与从动叶片间工作间隙、主动叶片和从动叶片上的聚磁孔的局部放大图。
具体实施方式
下面参照图1、图2详述用磁流变流体实现减振及非接触式动力传递的方法：
如图1、图2所述，磁流变流体减振器和磁流变流体非接触式动力传递器件的模型由扼铁III 10、从动轴15、从动叶片20、主动叶片30、聚磁孔40、聚磁孔60、隔磁浮动支承环90、扼铁I 100、扼铁II 120、隔磁环110、电磁螺线管130、铁芯140、轴承150、右卡环160、主磁通闭合回路180、左卡环190和公共中心线200组成。
用磁流变流体实现减振及非接触式动力传递的方法，涉及振动控制及动力传递与控制领域，其特征是：采用多片盘式叶片，将多片盘式叶片按主、从关系分为主动叶片30、从动叶片20；主动叶片30、从动叶片20必须沿公共轴线200间隔排列才能形成主动叶片30与从动叶片20间的工作空间50；其次组成了主动叶片组和从动叶片组；将主动叶片组与主动轴170相联接，将从动叶片组与从动轴15相联接；在主动叶片30与从动叶片20间设置隔磁浮动支承环90，限制主动叶片与从动叶片工作面间的最小间隙，并使主动叶片30与从动叶片20的工作面分离；在主动叶片与从动叶片间的工作空间50内充有磁流变流体；在多片盘式叶片的公共轴线200方向上的一侧设置带铁芯140的电磁螺线管130、扼铁I 100、扼铁II 120和隔磁环110，所述隔磁环110位于扼铁I 100和扼铁II 120之间并将所述扼铁隔离；在多片盘式叶片的公共轴线200方向上的另一侧设置扼铁III 10；在多片盘式叶片上与隔磁环110相对应的圆周上沿周向分别开有若干个聚磁孔40、60，使电磁螺线管的主磁通前段70垂直穿过多片盘式叶片和各工作空间50中的磁流变流体、穿过扼铁III 10后，使电磁螺线管的主磁通后段80垂直穿过多片盘式叶片和各工作空间50中的磁流变流体，形成主磁通闭合回路180；给电磁螺线管130施加电能，改变主动叶片与从动叶片间工作空间50内的磁场强度，使其内的磁流变流体流变特性发生显著变化，在主动叶片与从动叶片的工作面没有直接接触的条件下，在主动叶片与从动叶片间传递阻尼力矩，实现减振和对于非接触式动力传递连续控制的功能。
Claims (1)
1.用磁流变流体实现减振及非接触式动力传递的方法，涉及振动控制及动力传递与控制领域，其特征是：采用多片盘式叶片，将多片盘式叶片按主、从关系分为主动叶片(30)、从动叶片(20)；主动叶片(30)、从动叶片(20)必须沿公共轴线(200)间隔排列才能形成主动叶片(30)与从动叶片(20)间的工作空间(50)；其次组成了主动叶片组和从动叶片组；将主动叶片组与主动轴(170)相联接，将从动叶片组与从动轴(15)相联接；在主动叶片(30)与从动叶片(20)间设置隔磁浮动支承环(90)，限制主动叶片与从动叶片工作面间的最小间隙，并使主动叶片(30)与从动叶片(20)的工作面分离；在主动叶片与从动叶片间的工作空间(50)内充有磁流变流体；在多片盘式叶片的公共轴线(200)方向上的一侧设置带铁芯(140)的电磁螺线管(130)、扼铁I(100)、扼铁II(120)和隔磁环(110)，所述隔磁环(110)位于扼铁I(100)和扼铁II(120)之间并将所述扼铁隔离；在多片盘式叶片的公共轴线(200)方向上的另一侧设置扼铁III(10)；在多片盘式叶片上与隔磁环(110)相对应的圆周上沿周向分别开有若干个聚磁孔(40、60)，使电磁螺线管的主磁通前段(70)垂直穿过多片盘式叶片和各工作空间(50)中的磁流变流体、穿过扼铁111(10)后，使电磁螺线管的主磁通后段(80)垂直穿过多片盘式叶片和各工作空间(50)中的磁流变流体，形成主磁通闭合回路(180)；给电磁螺线管(130)施加电能，改变主动叶片与从动叶片间工作空间(50)内的磁场强度，使其内的磁流变流体流变特性发生显著变化，在主动叶片与从动叶片的工作面没有直接接触的条件下，在主动叶片与从动叶片间传递阻尼力矩。实现减振和对于非接触式动力传递连续控制的功能。
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