CN103277471B - 磁流变液和记忆合金交替传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够在高温下工作的磁流变液和记忆合金交替传动装置，包括主动轴、从动轴、磁流变液传动机构、中间机构和至少一个记忆合金传动机构，所述磁流变液传动机构的输入端固定连接在主动轴上，所述磁流变液传动机构的输出端通过中间机构与从动轴固定连接，每个记忆合金传动机构包括一个固定在主动轴上的主动摩擦盘、一个与主动摩擦盘相对设置的从动摩擦盘和至少一个传动单元，所述传动单元的输入端与从动摩擦盘固定连接，传动单元的输出端通过中间机构与从动轴固定连接，每个传动单元具有一个由记忆合金制成的伸缩部分，该伸缩部分处于伸长状态时推动从动摩擦盘与主动摩擦盘接合，并将主动摩擦盘输出的转矩通过中间机构传递到从动轴。

Description

磁流变液和记忆合金交替传动装置

技术领域

本发明涉及一种传动装置，特别是涉及一种利用磁流变液和记忆合金交替传递转矩的传动装置。

背景技术

磁流变液是一种新型智能材料，其流变特性随外加磁场的变化而急剧变化，在不加磁场时，它表现为牛顿流体；在外加磁场作用下，它的结构和性能表现出神奇的特征，即可在瞬间（千分之一秒左右）由液态变成固态，其粘度陡然增大几个数量级以至失去流动性，表现出塑性体的行为，具有一定的抗剪屈服应力，且随外加磁场强度的增加，材料的屈服应力增加，它的性能可由外加磁场连续调控。具有一定初始形状的形状记忆合金在一定条件下进行一定程度的变形之后，通过适当地改变外界条件（如温度）又会发生逆变形，使材料恢复成初始形状，在形状恢复的过程中，形状记忆合金若受到约束就会产生很大的回复力，利用其回复力可对外做功的特性，能制成各种驱动元件。基于磁流变液和形状记忆合金的这些力学特性，它们能用于外场控制的器件，在汽车、建筑、机械、航空、医疗等领域具有广阔的应用前景。

由于磁流变液在传动方面具有良好的性能，如可实现主从动件间的柔性传动，可实现高灵敏度、高精度、平稳地无极调速，易实现调速过程的遥控和自动控制等，因此近年来对磁流变液在传动方面的应用研究越来越多，但磁流变液随环境温度的升高性能会下降（在温度高于80℃时性能开始下降），不能满足传动装置在不同温度环境下的工作需求，而形状记忆合金的温度敏感性可以用于弥补磁流变液在传动装置中的缺陷，但如何实现磁流变液和形状记忆合金交替传递转矩是目前传动研究方面存在的巨大难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于解决现有磁流变液传动装置在高温下容易发生性能下降或失效的问题，提供一种由磁流变液和形状记忆合金交替协同作用的传动装置，该传动装置不仅能够满足在不同温度下工作的需求，而且还具有磁流变液和形状记忆合金两者在传动方面的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种磁流变液和记忆合金交替传动装置，包括主动轴、从动轴、磁流变液传动机构和中间机构，所述磁流变液传动机构的输入端固定连接在主动轴上，所述磁流变液传动机构的输出端通过中间机构与从动轴固定连接，其特征在于：该传动装置还包括至少一个记忆合金传动机构，每个记忆合金传动机构包括一个固定在主动轴上的主动摩擦盘、一个与主动摩擦盘相对设置的从动摩擦盘和至少一个传动单元，所述传动单元的输入端与从动摩擦盘固定连接，传动单元的输出端通过中间机构与从动轴固定连接，每个传动单元具有一个由记忆合金制成的伸缩部分，该伸缩部分处于伸长状态时推动从动摩擦盘与主动摩擦盘接合，并将主动摩擦盘输出的转矩通过中间机构传递到从动轴。

当温度低于80℃时，磁流变液传动机构中的磁流变液的传动性能可靠，主动轴输出的转矩通过磁流变液传动机构和中间机构传递到从动轴，即此时的传动装置主要依靠磁流变液传动机构传递转矩；当温度在80℃～150℃时，磁流变液的传动性能下降，而采用记忆合金制成的伸缩部分受热伸长推动从动摩擦盘和主动摩擦盘接合，从动摩擦盘和主动摩擦盘接合产生的摩擦力弥补了磁流变液因高温损失的传动性能，即此时的传动装置主要依靠磁流变液传动机构和记忆合金传动机构联合传递转矩；当温度高于150℃时，磁流变液的传动性能几乎失效，而采用记忆合金制成的伸缩件进一步伸长使从动摩擦盘和主动摩擦盘产生更大的摩擦力来传递转矩，即此时的传动装置主要依靠记忆合金传动机构传递转矩。

综上所述，本发明利用记忆合金在感应温度方面的特点来弥补磁流变液传动装置在高温下性能下降甚至失效的不足，使磁流变液传动装置能够满足不同温度下的工作需求，同时，由于本发明是通过感应温度来实现磁流变液和记忆合金的交替传递，因此本发明还具有磁流变液和形状记忆合金两者在传动方面的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意简图。

附图中，1为主动轴，2为从动轴，3为主动内圆筒，4为从动外圆筒，5为左端盖，6为右端盖，7为油封，8为密封垫圈，9为螺钉，10为励磁线圈，11为左磁轭，12为右磁轭，13为隔磁铜环，14为左支架，15为连接套，16为右支架，17为轴承，18为主动摩擦盘，19为从动摩擦盘，20为导杆，21为螺母，22为挡圈，23为第一弹簧，24为第二弹簧，25为胀套，26为左机罩，27为右机罩，28为左机架，29为右机架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示：本实施例的磁流变液和记忆合金交替传动装置，包括主动轴1、从动轴2、磁流变液传动机构、中间机构和一个记忆合金传动机构。

磁流变液传动机构包括主动内圆筒3、从动外圆筒4、左端盖5、右端盖6、励磁线圈10、左磁轭11、右磁轭12和两个油封7，其中，主动内圆筒3、从动外圆筒4、左磁轭11和右磁轭12均采用软磁材料制成，主动内圆筒3固定在主动轴1上，从动外圆筒4设置在主动内圆筒3的外部，且从动外圆筒4的内径大于主动内圆筒3的外径，左端盖5固定连接在从动外圆筒4左侧的筒壁上，右端盖6固定连接在从动外圆筒4右侧的筒壁上，两个油封7分别设置在左端盖5和右端盖6与主动轴1的间隙内，主动内圆筒3、从动外圆筒4、左端盖5、右端盖6和两个油封7形成密闭工作腔，密闭工作腔内装有磁流变液，励磁线圈10环绕在从动外圆筒4的外部，且励磁线圈10包裹在左磁轭11和右磁轭12形成的腔体内。当然，为了便于拆装，左磁轭11的一侧设有环形台阶，右磁轭12的对应侧设有凸沿，右磁轭12的凸沿与左磁轭11的环形台阶配合并通过螺钉固定；同时，为了使左端盖5和右端盖6与从动外圆筒4左、右两侧的筒壁连接更加紧密，保证密闭工作腔内的磁流变液不发生泄漏，左端盖5和右端盖6通过螺钉9连接在从动外圆筒4左、右两侧的筒壁上，且左端盖5和右端盖6与从动外圆筒4左、右两侧的筒壁之间均设有密封垫圈8；另外，为了防止励磁线圈10产生的磁场在从动外圆筒4的外部形成环路，避免磁场不能贯穿到密闭工作腔的磁流变液中，从动外圆筒4的中部设有一个隔磁铜环13，隔磁铜环13将从动外圆筒4从中间隔开。

中间机构包括左支架14和连接套15，左支架14的一端与左端盖5固定连接，左支架14的另一端与连接套15固定连接，连接套15固定连接在从动轴2上。当然，为了方便拆装，左支架14与左端盖5和连接套15的固定连接均采用螺栓或螺钉来实现，而连接套15则通过挡圈和螺钉（图中虽未标记，但有明确记载）固定在从动轴2的端部。

记忆合金传动机构包括一个主动摩擦盘18、一个从动摩擦盘19和沿圆周方向均匀分布的4～8个传动单元，每个传动单元均由一根导杆20、一个螺母21、一个挡圈22、一根第一弹簧23和一根由形状记忆合金制成的第二弹簧24构成，导杆20贯穿左支架14并通过胀套25固定连接在左支架14上，导杆20的一端固定连接在从动摩擦盘19上，第二弹簧24设置在导杆20上并位于从动摩擦盘19与左支架14之间，导杆20的另一端设有螺纹，挡圈22连接在导杆20的螺纹端上，第一弹簧23设置在导杆20上并位于挡圈22与左支架14之间，螺母21连接在导杆20的螺纹上用于防止挡圈22被顶落。值得说明的是，记忆合金传动机构包括至少一个传动单元，而本实施例的记忆合金传动机构包括4～8个传动单元，是为了使从动摩擦盘19与主动摩擦盘接合更加可靠，这样更有利于保证传动装置的传递性能，尤其是在传动装置主要依靠记忆合金传动机构传递转矩时。

本实施例的传动装置还包括左机罩26，左机罩26的一端通过螺钉固定连接在左磁轭11上，左机罩26的一端通过轴承连接在从动轴2上，中间机构和记忆合金传动机构位于左机罩26与传动轴形成的间隙内，这样不仅可使传动装置的结构更加紧凑，而且还可以起到防尘的效果。

本实施例的传动装置在工作时通过螺钉固定连接在左机架28和右机架29上，其具体的工作过程如下：

在温度低于80℃时，磁流变液在磁场的作用下具有良好的固化性能，固化后的磁流变液能够与主动内圆筒3和从动外圆筒4产生较大的摩擦力，此时传动装置主要依靠磁流变液传动机构传递转矩，而磁流变液传动机构在工作时，首先是励磁线圈通电产生磁场，磁场贯穿到密闭工作腔，使密闭工作腔内的磁流变液发生固化，当主动轴1转动时，主动轴1带动主动内圆筒3转动，主动内圆筒3再通过固化后的磁流变液带动从动外圆筒4转动，从动外圆筒4带动左支架14转动，左支架14带动连接套15转动，连接套15带动从动轴2转动，从而完成了从主动轴到从动轴的转矩传递；

在温度为80℃～150℃时，磁流变液在磁场的作用下的固化性能下降，使得固化后的磁流变液与主动内圆筒3和从动外圆筒4的摩擦力减小，此时传动装置主要依靠磁流变液传动机构和记忆合金传动机构联合传递转矩，而记忆合金传动机构在工作时，首先是由记忆合金制成的第二弹簧24受热缓慢伸长，推动从动摩擦盘19与主动摩擦盘18接合，此时第一弹簧23受压收缩，当主动轴1转动时，主动轴1带动主动摩擦盘18转动，主动摩擦盘18再带动从动摩擦盘19转动，从动摩擦盘19通过导杆20带动左支架14转动，左支架14带动连接套15转动，连接套15带动从动轴2转动，从而完成了从主动轴到从动轴的转矩传递；在传动装置不工作或工作环境的温度低于80℃时，第一弹簧23回弹，使第二弹簧24受压收缩，从而实现主动摩擦盘18和从动摩擦盘19的分离；

在温度高于150℃时，磁流变液在磁场的作用下几乎不发生固化，从而磁流变液与主动内圆筒3和从动外圆筒4之间不产生摩擦力，此时传动装置主要依靠记忆合金传动机构传递转矩。

综上所述，本发明通过感应温度实现了磁流变液传动机构和记忆合金传动机构交替或协同传递转矩，解决了磁流变液传动装置在高温下性能下降甚至失效的缺陷，使传动装置能够在不同温度环境下工作，并且传递性能更加可靠、高效，同时由于记忆合金传动机构是感应温度来工作的，这也使得传动装置更加节能环保。

实施例2

本实施例与实施例1的区别点在于：

本实施例的中间机构包括左支架14、连接套15和右支架16，连接套15固定连接在从动轴上，左支架14的一端与连接套15固定连接，左支架14的另一端与左端盖5固定连接，右支架16的一端与右端盖6固定连接，右支架16的另一端通过轴承17连接在主动轴1上。

本实施例包括两个记忆合金传动机构，两个记忆合金传动机构分别设置在主动内圆筒3的左、右两侧。左侧的记忆合金传动机构包括一个主动摩擦盘18、一个从动摩擦盘19和沿圆周方向均匀分布的4～8个传动单元，每个传动单元均由一根导杆20、一个螺母21、一个挡圈22、一根第一弹簧23和一根由形状记忆合金制成的第二弹簧24构成，导杆20贯穿左支架14并通过胀套25固定连接在左支架14上，导杆20的一端固定连接在从动摩擦盘19上，第二弹簧24设置在导杆20上并位于从动摩擦盘19与左支架14之间，导杆20的另一端设有螺纹，挡圈22连接在导杆20的螺纹端上，第一弹簧23设置在导杆20上并位于挡圈22与左支架14之间，螺母21连接在导杆20的螺纹上用于防止挡圈22被顶落；右侧的记忆合金传动机构包括一个主动摩擦盘18、一个从动摩擦盘19和沿圆周方向均匀分布的4～8个传动单元，每个传动单元均由一根导杆20、一个螺母21、一个挡圈22、一根第一弹簧23和一根由形状记忆合金制成的第二弹簧24构成，导杆20贯穿右支架16并通过胀套25固定连接在右支架16上，导杆20的一端固定连接在从动摩擦盘19上，第二弹簧24设置在导杆20上并位于从动摩擦盘19与左支架14之间，导杆20的另一端设有螺纹，挡圈22连接在导杆20的螺纹端上，第一弹簧23设置在导杆20上并位于挡圈22与右支架16之间，螺母21连接在导杆20的螺纹上用于防止挡圈22被顶落。

右侧的记忆合金传动机构在工作时，首先是由记忆合金制成的第二弹簧24受热缓慢伸长，推动从动摩擦盘19与主动摩擦盘18接合，此时第一弹簧23受压收缩，当主动轴1转动时，主动轴1带动主动摩擦盘18转动，主动摩擦盘18再带动从动摩擦盘19转动，从动摩擦盘19通过导杆20带动右支架16转动，右支架16再依次通过右端盖6、从动外圆筒4、左端盖5和左支架14带动连接套15转动，连接套15带动从动轴2转动，从而完成了从主动轴到从动轴的转矩传递。

本实施例相比实施例1的优点在于：本实施例在主动内圆筒3的右侧增加了一个记忆合金传动机构，当传动装置在温度大于80℃的条件下工作时，两个记忆合金传动机构的主动摩擦盘和从动摩擦盘同时接合，这样不仅能够避免主动轴1发生轴向位移，而且也能够增大主动摩擦盘和从动摩擦盘之间的摩擦力，使传动装置的传递性能更加可靠。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明要求保护的范围当中。

Claims (10)

1.一种磁流变液和记忆合金交替传动装置，包括主动轴、从动轴、磁流变液传动机构和中间机构，所述磁流变液传动机构的输入端固定连接在主动轴上，所述磁流变液传动机构的输出端通过中间机构与从动轴固定连接，其特征在于：该传动装置还包括至少一个记忆合金传动机构，每个记忆合金传动机构包括一个固定在主动轴上的主动摩擦盘、一个与主动摩擦盘相对设置的从动摩擦盘和至少一个传动单元，所述传动单元的输入端与从动摩擦盘固定连接，传动单元的输出端通过中间机构与从动轴固定连接，每个传动单元具有一个由记忆合金制成的伸缩部分，该伸缩部分处于伸长状态时推动从动摩擦盘与主动摩擦盘接合，并将主动摩擦盘输出的转矩通过中间机构传递到从动轴。

2.根据权利要求1所述的磁流变液和记忆合金交替传动装置，其特征在于：所述磁流变液传动机构包括主动内圆筒、从动外圆筒、励磁线圈、两个端盖、两个油封和两个磁轭，所述主动内圆筒固定在所述主动轴上，所述从动外圆筒设置在主动内圆筒的外部，且从动外圆筒的内径大于主动内圆筒的外径，所述两个端盖分别与从动外圆筒两侧的筒壁固定连接，所述两个油封分别设置在两个端盖与主动轴的间隙内，主动内圆筒、从动外圆筒、两个端盖和两个油封形成密闭工作腔，所述密闭工作腔内装有磁流变液，所述励磁线圈环绕在从动外圆筒的外部，且励磁线圈包裹在两个磁轭之间。

3.根据权利要求2所述的磁流变液和记忆合金交替传动装置，其特征在于：所述中间机构包括一个支架和一个连接套，所述支架的一端与所述两个端盖中的其中一个固定连接，所述支架的另一端与所述连接套固定连接，连接套固定连接在所述从动轴上。

4.根据权利要求3所述的磁流变液和记忆合金交替传动装置，其特征在于：该传动装置包括一个记忆合金传动机构， 该记忆合金传动机构包括一个主动摩擦盘、一个从动摩擦盘和沿圆周方向均匀分布的4～8个传动单元，每个传动单元的输入端与从动摩擦盘固定连接，每个传动单元的输出端与所述支架固定连接，每个传动单元的伸缩部分位于支架与从动摩擦盘之间。

5.根据权利要求2所述的磁流变液和记忆合金交替传动装置，其特征在于：所述中间机构包括两个支架和一个连接套，所述连接套固定连接在所述从动轴上，所述的两个支架分别设置在所述主动内圆筒的两侧，其中一侧的支架一端与连接套固定连接，另一端与该侧的端盖固定连接；另外一侧的支架一端与该侧的端盖固定连接，另一端通过轴承连接在所述主动轴上。

6.根据权利要求5所述的磁流变液和记忆合金交替传动装置，其特征在于：该传动装置包括两个记忆合金传动机构，所述的两个记忆合金传动机构分别设置在所述主动内圆筒的两侧，记忆合金传动机构包括一个主动摩擦盘、一个从动摩擦盘和沿圆周方向均匀分布的4～8个传动单元，每侧记忆合金传动机构的传动单元输入端与该侧记忆合金传动机构的从动摩擦盘固定连接，输出端均与该侧的支架固定连接，传动单元的伸缩部分位于对应支架与从动摩擦盘之间。

7.根据权利要求4或6所述的磁流变液和记忆合金交替传动装置，其特征在于：所述传动单元包括导杆、螺母、挡圈、第一弹簧和由形状记忆合金制成的第二弹簧，导杆贯穿支架并通过胀套与支架固定连接，导杆的一端固定连接在从动摩擦盘上，第二弹簧设置在导杆上并位于从动摩擦盘与支架之间，导杆的另一端设有螺纹，所述挡圈连接在导杆的螺纹端上，第一弹簧设置在导杆上并位于挡圈与支架之间，螺母连接在导杆的螺纹上用于防止挡圈被顶落。

8.根据权利要求2所述的磁流变液和记忆合金交替传动装置，其特征在于：所述两个端盖通过螺钉分别连接在从动外圆筒左、右两侧的筒壁上，且两个端盖与从动外圆筒的筒壁之间均设有密封垫圈。

9.根据权利要求2所述的磁流变液和记忆合金交替传动装置，其特征在于：所述主动内圆筒、从动外圆筒和两个磁轭均采用软磁材料制成。

10.根据权利要求2所述的磁流变液和记忆合金交替传动装置，其特征在于：所述磁流变液传动机构还包括至少一个隔磁铜环，所述隔磁铜环将从动外圆筒分隔为至少两段。