CN102878225A - 一种多片式磁流变液力矩传递装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多片式磁流变液力矩传递装置。该装置采用多片分层的结构，使传递的力矩成倍增加；通过改变装置内励磁线圈的电流，可以使装置传递的力矩在较宽的范围内可调；在从动轴固定的情况下，该装置可输出可调柔顺力矩，可用作阻尼器、扭矩施加装置或传动系统中的保护环节。该装置由固定支撑部分、主动转子部分、从动转子部分、励磁线圈、磁流变液和密封等部分组成。固定支撑部分由左右轴承端盖、壳体左右端盖和左右磁轭组成。主动转子和从动转子部分分别由主动轴、主动盘、隔磁铝套和从动轴、从动盘组成。密封部分包括：动密封圈、密封圈挡板和橡胶油封。该装置具有能耗小、力矩可调范围宽、反应灵敏、性能优良等特点。

Description

一种多片式磁流变液力矩传递装置

技术领域

本发明涉及一种力矩传递(输出)装置，特别涉及一种可调控、传递(输出)范围大的力矩传递(输出)装置。

背景技术

磁流变流体材料(Magneto-rheological Fluid Materials)被认为是材料工程领域中极具开发潜力的新一代智能材料，正是由于其开发潜力大、磁流变效应的独特性以及流变性能稳定等特点，吸引了众多发达国家的关注目光。鉴于其独特性能，磁流变液及其应用器件在自动化设备工业、航空航天、汽车、健身器材等领域中具有广阔的应用空间和市场前景。

20世纪40年代后期，磁流变液的流变特性首先被美国国家标准局的Rabinow.J发现。但是在随后20世纪50年代到80年代期间的科学研究里，磁流变学发展极其缓慢。直到2008年在德国召开的第十一届国际电磁流变液会议(ERMR2008)，推动和促进了磁流变液的研究和磁流变装置的开发，同时也标志了磁流变液的应用已经逐步走向工程化。

目前，磁流变液技术在各个领域发展迅速，一些国家的磁流变液器件已进入按商业化标准供应阶段。2002年，洛德公司和德尔福公司共同合作研制出的MagneRide^TM减振器，由于在凯迪拉克系列小型汽车悬架控制装置应用中的良好表现，得到了该领域相关人员的高度好评和支持。2003年，通过试验表明，采用磁流变液研制的离合器能显著减少能量损耗且有助于工作效率的提高，现已在轻型卡车马达中成功应用。与其他发达国家相比，我国在磁流变液基础研究与工程应用方面认识较晚，科研力量比较分散，在20世纪90年代中期，国内一些科研机构及大专院校才开始对磁流变液技术进行研究。哈尔滨工业大学欧进萍和关新春课题组成功自制了剪切阀式磁流变液阻尼器，取得了一些研究成果。华南理工大学在磁流变阻尼器的车辆悬架半主动控制方面也做了大量的研究工作。从整体上看，现有的磁流变装置还局限在单片式，存在阻尼力(传递力矩)小，动态范围狭窄，响应速度慢等弱点。从而，限制了其在机械、军事等领域的应用。

发明内容

本装置公开了一种多片式磁流变液力矩传递装置，特别是提供了一种大范围、高灵敏度的力矩传递(输出)装置。本发明所述磁流变装置采用多片式，增加了液体和转子的有效接触面积，当线圈电流增大(减小)时，传递(输出)扭矩成倍的增大(减小)，提供了一套多片式、大范围、高灵敏度的力矩传递(输出)方案。

一种多片式磁流变液力矩传递装置，由固定支撑部分、主动转子部分、从动转子部分、励磁线圈、磁流变液和密封部分组成，所述固定支撑部分由左右轴承端盖1、壳体左右端盖5、14和左右磁轭22、13组成，所述壳体左右端盖5、14通过螺钉分别与左右磁轭22、13和左右轴承端盖1相连，所述左右磁轭22、13通过螺钉固定连接，将励磁线圈21包裹固定在2个磁轭形成的环形腔体内，所述左右轴承端盖1分别通过轴承3装在主动轴24和从动轴17上；

所述主动转子和从动转子部分分别由主动轴24、主动盘、隔磁铝套和从动轴17、从动盘9组成，所述主动盘与固定在从动轴17上的从动盘9相间布置，所述隔磁铝套通过螺钉相间固定在主动盘上；

所述密封部分包括：动密封圈、密封圈挡板和橡胶油封。

所述主动盘为3个，其中的主动盘A7通过螺钉固定在主动轴24的轴肩上，并通过轴承3装在从动轴17的左端，另外的主动盘B11和主动盘C12装在从动轴17上，所述隔磁铝套为4个，其中2个装在两侧主动盘A7和主动盘C12的外缘上，另外两个装在中间的主动盘B11周边两侧，3个主动盘和4个隔磁铝套通过螺钉相间固定。

所述励磁线圈21的激励电流可调，通过改变装置内励磁线圈21的激励电流，使装置传递的力矩在较宽的范围内连续调控。

所述主动盘A7上设有通气孔23，主动盘B11和主动盘C12上分别设有注液孔A19、注液孔B18，在装配的过程中分两次注入磁流变液，实现分层注液，液体里的气泡通过通气孔23排出，确保液体均匀地充满主从转子间的缝隙。

所述构成磁路介质的左右磁轭和主从动盘选用工业用纯铁材料，或采用硅钢片导磁性材料叠铆制成，从动轴17选用绝磁不锈钢材料，主动转子中设有的多个隔磁铝套，其作用是使更多的磁力线穿过转子的有效工作区域，并减小装置的重量。

所述主动轴24和从动轴17上的零件通过卡簧轴向定位，所述从动轴17的左端的轴承3采用角接触球轴承，用于提高支撑刚度和回转精度。

所述励磁线圈21是由漆包线绕制而成，线圈外部经绝缘布包裹，再通过环氧树脂浸泡后固定晾干制成，所述励磁线圈的线径选择应减小线圈电阻，以减小线圈发热。

所述主动盘C12右端装有适合高速运转的迷宫式动密封圈16，用于密封圈的轴向定位密封圈挡板15通过螺钉与主动盘C12固连，所述隔磁铝套与主动盘的连接处采用橡胶油封，以避免液体外泄。

本发明的有益效果：

1、本发明提供一种连续可调的力矩传递(输出)装置，通过改变线圈电流的大小可连续调节传递(输出)的力矩值。该装置即可用作力矩传递装置(离合器)，又可用作阻尼器、扭矩施加装置或传动系统中的保护环节。

2、所述主动转子和从动转子均采用多片式，增加了液体和转子的接触面积，从而成倍增大力矩传递(输出)范围。

3、所述主动盘3右侧装有迷宫式动密封圈，并采用密封圈挡板对其进行轴向定位；所述外转子中各主动盘和隔磁铝套相间分布，通过螺钉相连并采用橡胶油封，避免液体外泄，增强密封效果。

4、所述从动轴上共设有三个轴承，提高了从动轴在旋转过程中的支撑刚度和回转精度。

5、用绝磁不锈钢做主从动轴，主磁轭和从动盘均使用软磁性材料工业用软铁或硅钢片(矽钢片)导磁性材料。所述各主动盘间均设有隔磁铝套用于隔磁，使尽可能多的磁力线穿过转子的有效工作区域。

6、所述主动盘A上设有通气孔，主动盘B和主动盘C上分别设有注液孔，在装配的过程中分两次注入磁流变液，实现分层注液，液体里的气泡通过通气孔排出，确保液体均匀地充满两转子间的缝隙。

7、主从动轴上分别设有多个卡簧，用于各零件的轴向定位，且可以保证转子间隙不变。

附图说明

图1为所述的多片式磁流变液力矩传递(输出)装置的剖视图；

图2为所述的多片式磁流变液力矩传递(输出)装置的的爆炸图；

图3为所述的多片式磁流变液力矩传递(输出)装置中主动转子剖视图；

图4为所述的多片式磁流变液力矩传递(输出)装置中从动转子剖视图。

图中：1.轴承端盖(2个)，2.套筒(2个)，3.轴承(5个)，4.轴用挡圈(2个)，5.壳体左端盖，6.隔磁铝套A，7.主动盘A，8.键(2个)，9.从动盘(2个)，10.隔磁铝套B(3个)，11.主动盘B，12.主动盘C，13.右磁轭，14.壳体右端盖，15.密封圈挡板，16.密封圈，17.从动轴，18.注液孔B，19.注液孔A，20.磁流变液，21.励磁线圈，22.左磁轭，23.通气孔，24.主动轴。

具体实施方式

下面结合附图对本装置的实施方式作详细的描述，结合附图说明如下：

参阅图1，所述多片式磁流变液力矩传递(输出)装置包括：固定支撑部分、主动转子部分、从动转子部分、励磁线圈、磁流变液和密封部分组成；

1、固定支撑部分包括：轴承端盖1(2个，即左右轴承端盖)、壳体左端盖5、壳体右端盖14、左磁轭22、右磁轭13、轴承3(5个)和轴用挡圈4(2个)。

装置左端，用专用的卡簧钳子将卡簧安装在主动轴24轴肩处的卡槽内，然后沿轴线依次在轴上安装轴承3、轴用挡圈4、轴承3、套筒2和卡簧，轴承3和主动轴24采用过度配合，轴用挡圈4和主动轴24采用间隙配合。用同样的方法安装装置右端的卡簧、轴承3、轴用挡圈4及套筒2，两磁轭(左右磁轭22、13)通过螺钉相连接并将励磁线圈21包裹固定在环形腔体内，壳体端盖与磁轭、轴承端盖与壳体端盖之间均通过螺钉连接，构成磁流变力矩装置整体的外部构架；

所述轴承端盖、壳体端盖均采用铸铝材料，不仅有利于力矩装置与外界进行热传递，加快转子旋转时热量对流交换，加大了达到热平衡的速度，还可以减少装置重量。

2、主动转子部分包括：主动轴24、主动盘(3个)和隔磁铝套(4个)。

主动轴24通过螺钉与主动盘A7固连，轴肩右侧沿轴依次安装隔磁铝套A6、键8、从动盘9、隔磁铝套B10、卡簧、主动盘B11、卡簧、键8、从动盘9、隔磁铝套B、卡簧、主动盘C12和隔磁铝套B。从动轴17左端设有轴承3，减小从动轴17的径向跳动，使主动转子和从动转子的旋转轴线达到同轴度要求。主从动轴上分别装有多个卡簧，用于相关零件的轴向定位，且可保证转子间隙不变。各主动盘和隔磁铝套通过螺钉相连，并进行橡胶油封。

设置主从动盘间的缝隙为1mm～2mm，主动盘A7上设有通气孔23，主动盘B11和主动盘C12上分别设有注液孔A19和注液孔B18。在将液体注入前，须不停地将其搅拌直至均匀。在装配过程中，完成从动盘9和主动盘B11的装配后，从注液孔B18注入磁流变液20，完成主动盘C12的装配后，从注液孔A19再次注入磁流变液20。采用分层式注液法，便于液体注入。液体内的气泡通过通气孔23，以确保缝隙内均匀地充满磁流变液。

所述装置中磁路介质材料可选用软磁材料工业用纯铁，也可以采用硅钢片(矽钢片)等导磁性材料叠铆制成，具有低电阻、低能耗、低矫顽力、高磁导率、高磁饱和强度的特点。主从动轴选用绝磁的奥氏体不锈钢材料。主动盘相间分布有质量较轻的隔磁铝套，即可隔磁又可以减轻装置重量。

所述励磁线圈是由漆包线绕制而成，线圈外部经绝缘的白布包裹，再通过环氧树脂浸泡后固定晾干制成。所述励磁线圈因功率损耗产生的热量主要是由励磁电流和线圈总电阻决定的。故而本装置中采用适当线径的铜线绕制励磁线圈，使线圈电阻也要尽可能小，从而使得线圈发热尽可能小。

所述密封部分由动密封圈、密封圈挡板和橡胶油封组成。所述主动盘C右端装有适合高速运转的迷宫式动密封圈，密封圈挡板通过螺钉与主动盘C固连，用于密封圈的轴向定位；所述隔磁铝套和主动盘用螺钉连接，同时采用橡胶油封，避免液体外泄，增强装置密封效果。

3、密封部分

密封部分主要是由迷宫式动密封圈16、密封圈挡板15和橡胶油封共同组成。

把密封圈安装在主动盘C右侧的凹槽内，并用密封圈挡板对其进行轴向定位。各主动盘和隔磁铝套通过螺钉连接，并通过橡胶油封密封，避免液体外泄。

本装置的主从转子均采用多片分层的结构，两转子间的缝隙设为1mm～2mm，磁流变液均匀分布在主从转子间的缝隙内。主动转子在外界的驱动下旋转，当线圈激励电流未加载时，磁流变液没有磁流变效应产生，由磁流变液流体自身流动产生的黏性阻尼力矩很小，主从转子处于分离状态；当激励电流加载到励磁线圈上时，磁流变液表现出很强的流变效应，通过剪切屈服作用把主从转子连接起来，从而传递(输出)力矩；通过改变激励电流的大小可以改变励磁线圈的磁感应强度，从而改变磁流变液剪切屈服应力，实现传递(输出)力矩的调控，由于装置主从转子采用多片分层的结构形式，使传递的力矩成倍增加，力矩调控范围大大增加。

本发明的磁流变液力矩传递(输出)装置具有能耗小、力矩可调范围宽、反映灵敏、性能优良等特点。

Claims (8)

1.一种多片式磁流变液力矩传递装置，由固定支撑部分、主动转子部分、从动转子部分、励磁线圈、磁流变液和密封部分组成，其特征在于：

所述固定支撑部分由左右轴承端盖(1)、壳体左右端盖(5、14)和左右磁轭(22、13)组成，所述壳体左右端盖(5、14)通过螺钉分别与左右磁轭(22、13)和左右轴承端盖(1)相连，所述左右磁轭(22、13)通过螺钉固定连接，将励磁线圈(21)包裹固定在2个磁轭形成的环形腔体内，所述左右轴承端盖(1)分别通过轴承(3)安装在主动轴(24)和从动轴(17)上；

所述主动转子和从动转子部分分别由主动轴(24)、主动盘、隔磁铝套和从动轴(17)、从动盘(9)组成，所述主动盘与固定在从动轴(17)上的从动盘(9)相间布置，所述隔磁铝套通过螺钉相间固定在主动盘上；

所述密封部分包括：动密封圈、密封圈挡板和橡胶油封。

2.按照权利要求1所述的一种多片式磁流变液力矩传递装置，其特征在于：

所述主动盘为3个，其中的主动盘A(7)通过螺钉固定在主动轴(24)的轴肩上，并通过轴承(3)装在从动轴(17)的左端，另外的主动盘B(11)和主动盘C(12)装在从动轴(17)上，所述隔磁铝套为4个，其中2个装在两侧主动盘A(7)和主动盘C(12)的外缘上，另外两个装在中间的主动盘B(11)周边两侧，3个主动盘和4个隔磁铝套通过螺钉相间固定。

3.按照权利要求1或2所述的一种多片式磁流变液力矩传递装置，其特征在于：

所述励磁线圈(21)的激励电流可调，通过改变装置内励磁线圈(21)的激励电流，使装置传递的力矩在较宽的范围内连续调整。

4.按照权利要求2所述的一种多片式磁流变液力矩传递装置，其特征在于：

所述主动盘A(7)上设有通气孔(23)，主动盘B(11)和主动盘C(12)上分别设有注液孔A(19)、注液孔B(18)，在装配的过程中分两次注入磁流变液，实现分层注液，液体里的气泡通过通气孔(23)排出，确保液体均匀地充满主从转子间的缝隙。

5.按照权利要求1所述的一种多片式磁流变液力矩传递装置，其特征在于：

构成磁路介质的左右磁轭和主从动盘选用工业用纯铁材料，或采用硅钢片导磁性材料叠铆制成，从动轴(17)选用绝磁不锈钢材料，主动转子中设有的多个隔磁铝套，其作用是使更多的磁力线穿过转子的有效工作区域，并减小装置的重量。

6.按照权利要求2所述的一种多片式磁流变液力矩传递装置，其特征在于：

所述主动轴(24)和从动轴(17)上的零件通过卡簧轴向定位，所述从动轴(17)的左端的轴承(3)采用角接触球轴承，用于提高支撑刚度和回转精度。

7.按照权利要求1或2所述的一种多片式磁流变液力矩传递装置，其特征在于：

所述励磁线圈(21)是由漆包线绕制而成，线圈外部经绝缘布包裹，再通过环氧树脂浸泡后固定晾干制成，所述励磁线圈的线径选择应减小线圈电阻，以减小线圈发热。

8.按照权利要求2所述的一种多片式磁流变液力矩传递装置，其特征在于：

所述主动盘C(12)右端装有适合高速运转的迷宫式动密封圈(16)，用于密封圈的轴向定位密封圈挡板(15)通过螺钉与主动盘C(12)固连，所述隔磁铝套与主动盘的连接处采用橡胶油封，以避免液体外泄。

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