CN102748407A - 一种磁流变液弹性联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁流变液弹性联轴器，包括：主动盘2、密封螺塞3、主动盘隔磁环4、主动盘永磁体5、从动盘永磁体6、从动盘隔磁环7、从动盘8、弹性密封圈10、端盖11、螺钉12、从动盘隔磁瓦14、主动盘隔磁瓦15以及灌注于空腔13内的磁流变液。使用时主动盘2同中心地固定连接到传动系统的主动轴1上，从动盘8同中心地固定连接在传动系统的从动轴9上，主动盘2和从动盘8之间无机械连接，从动盘8在主动盘2和端盖11所构成的腔内可以自由浮动，以补偿主动轴1和从动轴9之间的同轴度误差，实现主动轴1和从动轴9之间的柔性连接，在永磁场作用下，通过空腔13内灌注的磁流变液传递扭矩。该联轴器无磨损、无噪声、无疲劳破坏，弹性范围大，可广泛用于精密机械传动系统。

Description

一种磁流变液弹性联轴器

技术领域

本发明属于机械传动技术领域，涉及一种采用磁流变液传动技术的弹性联轴器。

背景技术

联轴器是机械传动装置中一种重要的机械零部件，具有多种结构形式。在机械传动系统装配过程中，主动轴和从动轴之间很难实现严格同轴，因此弹性联轴器被广泛使用，以补偿这种同轴度误差并实现精密的运动传递。当前用于精密运动传递的弹性联轴器的弹性环节主要由金属的、或非金属的弹性构件实现，存在弹性范围小、制造困难、容易疲劳破坏等问题，或因磨损等原因造成传动精度变差。本发明所涉及的弹性联轴器完全摆脱了传统弹性联轴器的结构形式，采用磁流变液传动技术实现主动轴和从动轴之间的弹性连接。

磁流变液是由基液、悬浮于基液中的磁性颗粒和稳定剂混合而成的悬浮液。在零磁场条件下，这种液体呈现出低粘度的牛顿液体的特性，而在外加磁场的作用下，磁流变液的流变特性发生急剧的变化，并且其流变特性随外加磁场强度的变化而变化。磁流变液传动技术主要是依靠磁流变液作为传动介质，通过改变外加磁场强度，引起磁流变液的粘度和屈服应力发生变化，从而实现运动转矩的传递。

专利“一种极限转矩联轴器”(专利号：200910272344)公开了一种极限转矩联轴器，该联轴器采用磁流变液作为传动介质，采用励磁线圈作为控制磁流变液的磁源，通过调节励磁电流改变励磁磁场强度从而达到控制传递扭矩的目的；专利“一种永磁型磁流变液极限扭矩联轴器”(专利号：201010501932)公开了一种永磁式极限扭矩联轴器，用永磁体作为控制磁流变液的磁源。上述两项专利所涉及联轴器的主动转子和从动转子同轴安装且相对位置固定，目的是利用磁流变传动技术实现最大传递扭矩的限制，用于需要过载保护的场合，并不能解决主动轴和从动轴之间存在同轴度误差的弹性连接问题。

此外，专利号为CN01137376.8公开的“离心式磁流变液离合器”、专利号为CN200410084576.7公开的“回转式磁流变制动器”、专利号为CN00104451.6公开的“径向自加压磁流变液离合器”、专利号为CN03135802.0“磁流变无极变速器”、专利号为CN03141793.0公开的“结构可变的旋转式磁流变液制动器”、专利号为CN201110040101.8公开的“多盘式磁流变制动器”、专利号为CN201110041597.0公开的“双盘式磁流变离合器”等专利均是利用磁流变液传动技术实现的离合器、制动器或无极调速器，均没有涉及当传动系统的主动轴和从动轴之间存在同轴度误差时的弹性连接问题。

发明内容

本发明的任务是克服现有弹性联轴器产品和技术的不足，利用磁流液变传动技术提供一种新型的弹性联轴器，具有无磨损、无噪声、无疲劳破坏、弹性范围大、传动精度高等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种新型的磁流变液弹性联轴器，包括：主动盘2、密封螺塞3、主动盘隔磁环4、主动盘永磁体5、从动盘永磁体6、从动盘隔磁环7、从动盘8、弹性密封圈10、端盖11、螺钉12、从动盘隔磁瓦14、主动盘隔磁瓦15以及灌注于空腔13内的磁流变液。

主动盘永磁体5与主动盘隔磁瓦15固定安装在主动盘2的圆周内表面，交替布置，主动盘永磁体5沿轴向两端固定安装有主动盘隔磁环4。端盖11通过螺钉12固定在主动盘2上。以上部件固定在一起构成主动转子。从动盘永磁体6和从动盘隔磁瓦14固定安装在从动盘8的圆周外表面，交替布置，从动盘永磁体6沿轴向两端固定安装有从动盘隔磁环7，构成从动转子。弹性密封圈10置于从动盘8和端盖11之间。在从动转子和主动转子之间形成空腔13，空腔13内注满磁流变液。主动盘2上开有灌注磁流变液的小孔，在注液孔内设置有密封螺塞3。

上述主动转子和从动转子之间无刚性连接，从动盘8在主动盘2和端盖11所构成的腔内可以自由浮动。实际使用中，主动盘2同中心地固定连接到传动系统的主动轴1上，从动盘8同中心地固定连接在传动系统的从动轴9上，当从动轴9和主动轴1之间存在同轴度误差(偏心或偏角)时，通过从动盘8相对于主动盘2的自由浮动可以很好地予以补偿，从而实现弹性连接。空腔3内的磁流变液在永磁体磁场的作用下粘度和剪切屈服应力大大提高，当主动轴1带动主动盘2旋转时，空腔3内的磁流变液将带动从动盘8和从动轴9同步旋转，实现旋转运动的传递。

主动盘永磁体5与主动盘隔磁瓦15交替布置在主动盘2的圆周内表面，从动盘永磁体6和从动盘隔磁瓦14交替布置在从动盘8的圆周外表面。当主动盘永磁体5和从动盘永磁体6的异名磁极相对时，沿径向穿过磁流变液的磁场强度最大，磁流变液具有最大的剪切屈服应力，联轴器正常工作时处于这种位置。当主动盘永磁体5与从动盘隔磁瓦14相对时，沿径向穿过磁流变液的磁场强度最小，磁流变液的剪切屈服应力最小，安装前使联轴器保持这种状态可以防止主动盘永磁体5和从动盘永磁体6吸和在一起。

弹性密封圈10可压缩量较大、回弹性好，不仅可防止空腔13内的磁流变液泄漏，还可以减小对从动盘8的机械约束，使之可以相对于主动盘2具有较大的自由浮动空间。

本发明具有以下有益技术效果：

1.本发明所述磁流变液弹性联轴器，利用磁流变液实现扭矩传递，主动转子和从动转子之间无直接的机械连接和刚性约束，在一定范围内相互之间可以自由浮动。应用本发明的弹性联轴器，可以有效地补偿传动系统主动轴和从动轴之间同轴度误差(径向偏心和轴线偏角误差)，消除因同轴度误差而产生的附加应力，提高传动精度并有效地保护传动部件，具有无磨损、无疲劳破坏、无噪音、使用寿命长、传动精度高、弹性范围大等优点。

2.采用永磁体作为磁流变液的控制磁源，无需额外的励磁线圈和电源供应，结构简单，安装方便，使用过程中无需维护。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明具体实施方式的轴向剖视结构示意图，示出了本发明主要零部件的安装关系以及主动转子与从动转子的位置关系。

图2为本发明具体实施方式的端面剖视结构示意图，示出了本发明永磁体与隔磁瓦的安装方式以及稳定工作时的闭合磁回路。

图3为本发明具体实施方式的端面剖视结构示意图，示出了本发明在安装使用前主动转子和从动转子的相对位置关系。

具体实施方式

参看图1和图2，一种新型的磁流变液弹性联轴器，包括：主动盘2、密封螺塞3、主动盘隔磁环4、主动盘永磁体5、从动盘永磁体6、从动盘隔磁环7、从动盘8、弹性密封圈10、端盖11、螺钉12、从动盘隔磁瓦14、主动盘隔磁瓦15以及灌注于空腔13内的磁流变液。

上述磁流变液弹性联轴器，其主动盘永磁体5与主动盘隔磁瓦15固定安装在主动盘2的圆周内表面，交替布置，主动盘永磁体5沿轴向两端固定安装有主动盘隔磁环4。端盖11通过螺钉12固定在主动盘2上。从动盘永磁体6和从动盘隔磁瓦14固定安装在从动盘8的外圆周表面，交替布置，从动盘永磁体6沿轴向两端固定安装有从动盘隔磁环7，构成从动转子。弹性密封圈10置于从动盘8和端盖11之间。在从动转子和主动转子之间形成空腔13，空腔13内注满磁流变液。主动盘2上开有灌注磁流变液的小孔，在注液孔内设置有密封螺塞3。

主动盘隔磁环4、主动盘永磁体5、主动盘隔磁瓦15以及端盖11固定安装到主动盘2上，构成主动转子，从动盘永磁体6、从动盘隔磁环7以及从动盘隔磁瓦14固定安装在从动盘上，构成从动转子。主动转子和从动转子之间安装弹性密封圈10，没有其它刚性连接，允许从动转子在主动转子空腔内自由浮动。实际使用中，主动盘2同中心地固定连接到传动系统的主动轴1上，从动盘8同中心地固定连接在传动系统的从动轴9上，当从动轴9和主动轴1之间存在同轴度误差(径向偏心或轴线偏角)时，通过从动转子相对于主动转子的自由浮动可以很好地予以补偿，从而实现弹性连接。空腔13内的磁流变液在永磁体磁场的作用下粘度和剪切屈服应力大大提高，当主动轴1带动主动盘2旋转时，空腔13内的磁流变液将带动从动盘8和从动轴9同步旋转，实现回转运动的传递。

弹性密封圈10可压缩量较大、回弹性好，不仅可防止空腔13内的磁流变液泄漏，还可以减小对从动盘8的机械约束，使之可以相对于主动盘2具有较大的自由浮动空间。

参看图2，一种新型磁流变液弹性联轴器，主动盘永磁体5和隔磁瓦15交替分布在主动盘2的圆周内表面，永磁体为瓦形或方形，采用径向充磁方式，相邻永磁体按相反的极性布置。从动盘永磁体6、从动盘隔磁瓦14交替分布在从动盘8的圆周外表面，永磁体为瓦形或方形，采用径向充磁方式，相邻永磁体按相反的极性布置。主动盘永磁体和从动盘永磁体成对布置，异名磁极相对，一般布置2对到4对。

该发明所述磁流变液联轴器稳定工作时，主动盘永磁体5和从动盘永磁体6的异名磁极相对，产生径向磁力线穿过空腔13中的磁流变液，通过从动盘8和主动盘2构成闭合磁回路16。此时穿过磁流变液的磁场强度最大，磁流变液具有最大的剪切屈服应力，联轴器正常工作时处于这种位置。闭合磁回路16的行程为：主动盘永磁体5→空腔13中的磁流变液→从动盘永磁体6→从动盘8→从动盘永磁体6→空腔13中的磁流变液→主动盘永磁体5→主动盘2→主动盘永磁体5。磁流变液在永磁体磁场的作用下产生磁化，沿磁场方向形成磁链，磁链大大增强了磁流变液的剪切屈服应力，当原动机运转时，主动轴1带动主动盘2旋转，主动盘2通过磁流变液带动从动盘8和从动轴9同步转动，从而把原动机的转矩传递给负载，实现联轴器的功能。

主动盘2和从动盘8均采用具有高磁导率的导磁材料制造，主动盘隔磁环4、从动盘隔磁环7、主动盘隔磁瓦15和从动盘隔磁瓦14采用具有极低导磁率的铜或铝制造，用于保证磁力线沿径向穿过空腔13中的磁流变液，防止磁短路。永磁体采用具有较高内禀矫顽力的钕铁硼(NdFeB)永磁材料。

参看图3，一种新型磁流变液弹性联轴器，主动盘永磁体5与主动盘隔磁瓦15交替布置在主动盘2的圆周内表面，从动盘永磁体6和从动盘隔磁瓦14交替布置在从动盘8的圆周外表面。当主动盘永磁体5与从动盘隔磁瓦14相对时，回路磁阻最大，沿径向穿过磁流变液的磁场强度最小，磁流变液的剪切屈服应力最小，安装前使联轴器保持这种状态可以防止主动盘永磁体5和从动盘永磁体6吸和在一起。

在磁流变液弹性联轴器安装之后，主动盘2与主动轴1同轴固定连接，从动盘8与从动轴9同轴固定连接，主动转子和从动转子之间的相对位置由传动机构的主动轴1和从动轴9固定并保持。当主动轴1带动主动盘2开始旋转时，由于此时磁流变液所受磁场作用最小，剪切屈服应力最低，磁流变液不足以带动从动轴盘8同步转动。当主动盘2相对于从动盘8转过一个角度后，主动盘永磁体5和从动盘永磁体6的异名磁极相对，穿过磁流变液的磁场强度骤然变大，磁流变液剪切屈服应力急剧增大，从而带动从动盘8与主动盘2同步运转，实现运动和扭矩的传递，同时具有一定的过载保护能力。

本发明的工作原理是：

磁流变液是一种新型智能材料，在磁场的作用下，磁流变液中的磁性颗粒产生磁化，并且沿磁力线的方向形成磁链，这种链状结构将大大增加磁流变液的剪切屈服应力。本发明即利用磁流变液的这种特性，以其作为传动介质，以永磁体作为控制磁源，通过增大磁流变液的剪切应力实现主动盘2和从动盘8之间转矩的传递。安装时主动盘2与主动轴1同轴安装，从动盘8与从动轴9同轴安装，主动盘2和从动盘8之间无刚性约束，可以很好地补偿主动轴1和从动轴9之间存在的同轴度误差(径向偏心或轴线转角误差)，实现弹性连接。由弹性密封圈10补偿主动盘2和从动盘8之间的偏移间隙，实现密封。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种新型磁流变液弹性联轴器，其特征在于包括：

主动盘2、密封螺塞3、主动盘隔磁环4、主动盘永磁体5、从动盘永磁体6、从动盘隔磁环7、从动盘8、弹性密封圈10、端盖11、螺钉12、从动盘隔磁瓦14、主动盘隔磁瓦15以及灌注于空腔13内的磁流变液；

主动盘永磁体5与主动盘隔磁瓦15固定安装在主动盘2的圆周内表面，交替布置，主动盘永磁体5沿轴向两端固定安装有主动盘隔磁环4。端盖11通过螺钉12固定在主动盘2上。以上部件固定在一起构成主动转子。从动盘永磁体6和从动盘隔磁瓦14固定安装在从动盘8的外圆周表面，交替布置，从动盘永磁体6沿轴向两端固定安装有从动盘隔磁环7，构成从动转子。弹性密封圈10置于从动盘8和端盖11之间。在从动转子和主动转子之间形成空腔13，空腔13内注满磁流变液。主动盘2上开有灌注磁流变液的小孔，在注液孔内设置有密封螺塞3。

2.根据权利要求1所述的磁流变液弹性联轴器，其特征在于：主动转子和从动转子之间无刚性连接，从动盘8在主动盘2和端盖11所构成的空腔内可以自由浮动。

3.根据权利要求1所述的磁流变液弹性联轴器，其特征在于：主动盘永磁体5与主动盘隔磁瓦15交替布置在主动盘2的圆周内表面，从动盘永磁体6和从动盘隔磁瓦14交替布置在从动盘8的圆周外表面。当主动盘永磁体5和从动盘永磁体6的异名磁极相对时，沿径向穿过磁流变液的磁场强度最大，磁流变液具有最大的剪切屈服应力，这是该联轴器的正常工作位置。当主动盘永磁体5与从动盘隔磁瓦14相对时，沿径向穿过磁流变液的磁场强度最小，磁流变液的剪切屈服应力最小，安装前使联轴器保持这种状态可以防止主动盘永磁体5和从动盘永磁体6吸和在一起。

Images