CN106402195B - 形状记忆合金驱动的永磁式磁流变离合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种形状记忆合金驱动的永磁式磁流变离合器，主动轴、从动轴、主动壳体、从动盘和连接套筒，所述主动壳体包括左壳体、外圆筒和右壳体，所述连接套管与左壳体相连；所述从动轴穿过连接套筒后伸入主动壳体内；所述从动盘位于主动壳体内，其左侧形成一套管；在套管与连接盘之间设有一形状记忆合金弹簧；在从动盘的右侧设有一永磁体；在右壳体内侧固定有一摩擦盘；所述从动盘、摩擦盘以及右壳体之间形成磁流变液的工作间隙，在该工作间隙内填充有磁流变液；在右壳体的内侧设有一环形储油槽。本发明利用磁流变液在永磁体产生的有效磁通间隙下产生的剪切屈服应力与摩擦力共同传递转矩，从而有效提高高温下离合器传递转矩的能力。

Description

形状记忆合金驱动的永磁式磁流变离合器

技术领域

本发明涉及一种离合器传动装置，尤其涉及一种形状记忆合金驱动的永磁式磁流变离合器。

背景技术

形状记忆合金（SMA）是一种具有形状记忆效应和超弹性的感温材料，它在环境温度升高时会发生奥氏体相变，宏观上表现为轴向输出行程增大，如果此时形状记忆合金两端受到约束就会产生很大的驱动力从而对外做功，利用这种感温驱动特性可将其制成形状记忆合金驱动弹簧，具有智能控制、安全节能、可靠高效的优点。磁流变液（MRFs）是在载液中加入微米大小的磁性颗粒而形成的悬浮液，其流变特性是通过磁场强度来控制的，宏观上表现为几毫秒时间内磁流变液迅速从液体变为固体的过程。永磁体和励磁线圈都是很好的磁源机构，励磁线圈需要外加电流输入产生磁场，而永磁体自身就可以产生磁场。利用永磁体在有效的导磁材料作用下产生的磁场作用于磁流变液，使其发生磁流变效应，从而通过磁流变液的剪切屈服应力带动主从动部分的同步转动，实现了传动装置的智能连续控制。

中国专利文献CN 105288876 A公开的“一种永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置”，利用永磁体产生磁场激励磁流变液产生磁流变效应，从而控制软着陆装置的制动力矩，同时还利用了弹簧与摩擦盘之间的摩擦力矩进行辅助减速着陆；如CN 205260715 U公开的“采用环形永磁体和励磁线圈进行复合控制的磁流变阻尼器”，利用环形永磁体补偿励磁线圈失电情况下的磁场供给，提高了阻尼器在出现故障时的减振能力；如CN102312939 A公开的“一种磁流变液风扇离合器”，利用两个绕向相反的线圈输出比较稳定的磁场；而且在工作腔中的主动轴上增加了一个加压浆，使得在工作过程中因加压浆的旋转挤压磁流变液产生较大的压力，增大了输出动力。如CN102562874 A公开的“一种双盘式挤压磁流变制动器”，不仅可通过提高励磁线圈电流来增加扭矩，还可增大电磁铁的电流，从而增大磁流变液在磁场方向产生正应力，极大的提高了制动转矩。

但以上的这些发明都未利用到永磁体产生磁场的有效导磁厚度和磁流变液产生磁流变效应的最佳有效半径，因此研究高温工况下，如何利用较少磁流变液体积在离心作用下受到永磁磁场诱导而达到提高离合器节能高效的传动性能，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种形状记忆合金驱动的永磁式磁流变离合器，利用磁流变液在永磁体产生的有效磁通间隙下产生的剪切屈服应力与摩擦力共同传递转矩，从而有效提高高温下离合器传递转矩的能力。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种形状记忆合金驱动的永磁式磁流变离合器，包括主动轴、从动轴、主动壳体、从动盘和连接套筒，所述主动壳体包括左壳体、外圆筒和右壳体，所述外圆筒的两端分别与左壳体和右壳体固定连接，所述主动轴与右壳体固定连接；在左壳体的中部设有一连接孔，所述连接套筒的一端伸入该连接孔内并通过轴承与左壳体相连；所述从动轴的一端穿过连接套筒后伸入主动壳体内，其另一端具有一连接盘，并通过该连接盘与连接套筒的另一端固定连接；其特征在于：所述从动盘位于主动壳体内，其左侧中部向左凸出形成一套管，该套管套设在从动轴上，并通过滑键与从动轴滑动配合相连，使从动盘能沿从动轴的轴向移动；在套管与连接盘之间设有一形状记忆合金弹簧，该形状记忆合金弹簧一端与连接盘固定连接，另一端与套管固定连接；在连接套筒对应形状记忆合金弹簧的位置设有数个通气孔；在从动盘的右侧设有一环形永磁体，在永磁体的内侧设有一隔磁环；

在右壳体内侧的中部固定连接有一摩擦盘，所述摩擦盘中部向左侧凸起形成一锥形凸台；在该锥形凸台的中部设有一调节孔，在调节孔内滑动配合设有一移动活塞，在移动活塞与右壳体之间设有一复位弹簧，所述复位弹簧的两端分别与移动活塞和右壳体固定连接；在从动盘的右侧，对应锥形凸台的位置设有一锥形槽，且所述锥形槽的深度小于锥形凸台的厚度；

所述从动盘、摩擦盘以及右壳体之间形成磁流变液的工作间隙，在该工作间隙内填充有占其容积1/3的磁流变液；在右壳体的内侧，对应永磁体和隔磁环的位置设有一环形储油槽；其中，在从动盘的移动过程中，永磁体和隔磁环的端面与储油槽槽底之间的距离始终与从动盘和右壳体之间的距离一致。

进一步地，在右壳体上设有一注液孔，在该注液孔上配合设有一注液螺塞。

进一步地，在外圆筒内侧与从动盘、永磁体和储油槽之间设有一隔磁密封筒，该隔磁密封筒与外圆筒固定连接，所述从动盘的周面和永磁体的外侧面均与隔磁密封筒紧贴，并与隔磁密封筒滑动配合在一起。

进一步地，所述储油槽的内侧壁向内倾斜，且储油槽的底部开度小于储油槽的槽口开度，使隔磁环与储油槽的内侧壁之间始终具有间隙。

进一步地，在移动活塞的周面上套设有O型密封圈。

进一步地，在连接套筒上套设有一轴承端盖，所述轴承端盖与左壳体固定连接在一起，在轴承端盖与连接套筒之间设有毛毡圈。

进一步地，所述右壳体、从动盘和外圆筒由导磁材料制成，所述隔磁环、摩擦盘和左壳体由不导磁材料制作而成。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、采用永磁体作为磁源提供磁场，节能环保，有效利用了磁通可接通的有效间隙厚度来控制磁流变液产生磁流变效应的最佳位置，进而达到环境温度对离合器传动性能的智能控制。

2、在右壳体内侧中部安装的摩擦盘与从动盘相应锥形槽之间的摩擦转矩，可进一步提高温度升高时离合器的传递转矩。

3、主动轴带动主动壳体旋转时，工作间隙中的磁流变液受到离心力作用大部分分布在工作间隙外侧以及储油室内，而这两个位置的磁场强度也是最大的，故利用了有效磁通面积产生显著磁流变效应的功能。

4、本发明中磁流变液装填体积只占工作间隙三分之一，一方面节约了磁流变液的使用，另一方面还充分利用了磁流变液产生磁流变效应的有效半径。

附图说明

图1为本发明低温工作状态下的结构示意图。

图2为本发明高温工作状态下的结构示意图。

图中：1—主动轴，2—从动轴，31—左壳体，32—外圆筒，33—右壳体，4—从动盘，5—连接套筒，6—连接盘，7—套管，8—滑键，9—形状记忆合金弹簧，10—通气孔，11—永磁体，12—隔磁环，13—摩擦盘，14—移动活塞，15—复位弹簧，16—锥形槽，17—磁流变液，18—储油槽，19—注液螺塞，20—隔磁密封筒，21—轴承端盖。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1、图2，一种形状记忆合金驱动的永磁式磁流变离合器，包括主动轴1、从动轴2、主动壳体、从动盘4和连接套筒5。所述主动壳体包括左壳体31、外圆筒32和右壳体33，所述外圆筒32的两端分别与左壳体31和右壳体33固定连接，所述主动轴1与右壳体33固定连接，具体实施时，该主动轴1与右壳体33一体成型，从而使结构稳定性更好。在左壳体31的中部设有一连接孔，所述连接套筒5的一端（右端）伸入该连接孔内并通过轴承与左壳体31相连。在连接套筒5上套设有一轴承端盖21，所述轴承端盖21与左壳体31固定连接在一起，在轴承端盖21与连接套筒5之间设有毛毡圈。所述从动轴2的一端（右端）穿过连接套筒5后伸入主动壳体内，其另一端（左端）具有一连接盘6，并通过该连接盘6与连接套筒5的另一端（左端）固定连接。

所述从动盘4位于主动壳体内，其左侧中部向左凸出形成一套管7，该套管7套设在从动轴2上，并通过滑键8与从动轴2滑动配合相连，使从动盘4能沿从动轴2的轴向移动。在套管7与连接盘6之间设有一形状记忆合金弹簧9，具体实施时，连接盘6的右侧和套管7的左端均具有一台阶，该形状记忆合金弹簧9套设在连接盘6和套管7的台阶上，其一端与连接盘6固定连接，另一端与套管7固定连接。在连接套筒5对应形状记忆合金弹簧9的位置设有数个通气孔10；以便于周围热空气进入链接套筒内，从而快速驱动形状记忆合金弹簧9工作。在从动盘4的右侧设有一环形永磁体11，在永磁体11的内侧设有一隔磁环12；从而对永磁体11的磁场方向进行限定。

在右壳体33内侧的中部固定连接有一摩擦盘13，所述摩擦盘13中部向左侧凸起形成一锥形凸台。在该锥形凸台的中部设有一调节孔，在调节孔内滑动配合设有一移动活塞14，在移动活塞14的周面上套设有O型密封圈，从而使移动活塞14与调节孔之间的密封性更好。在移动活塞14与右壳体33之间设有一复位弹簧15，所述复位弹簧15的两端分别与移动活塞14和右壳体33固定连接。在从动盘4的右侧，对应锥形凸台的位置设有一锥形槽16，且所述锥形槽16的深度小于锥形凸台的厚度。当环境温度升高到一定温度值时，形状记忆合金弹簧9受热驱动从动盘4向右移动，能使从动盘4中部的锥形槽16与主动盘中部的摩擦盘13紧密贴合，一方面可产生摩擦力矩进行离合器辅助转矩传递，另一方面在空气压力作用下移动活塞14向右移动压缩复位弹簧15。由于磁流变液17的工作间隙（及储油槽18）为完全密封的，当从动盘4向右移动后，压缩工作间隙的多余空气压缩移动活塞14并进入调节孔，从而通过该调节孔暂时保存起来；当形状记忆合金弹簧9会拉从动盘4时，通过复位弹簧15推动移动活塞14，使从动盘4能够快速回位。

所述从动盘4、摩擦盘13以及右壳体33之间形成磁流变液17的工作间隙，在该工作间隙内填充有占其容积1/3的磁流变液17；具体实施时，在右壳体33上设有一注液孔，在该注液孔上配合设有一注液螺塞19，从而便于磁流变液17的注入。在右壳体33的内侧，对应永磁体11和隔磁环12的位置设有一环形储油槽18；其中，在从动盘4的移动过程中，永磁体11和隔磁环12的端面与储油槽18槽底之间的距离始终与从动盘4和右壳体33之间的距离一致。在实际制作过程中，所述储油槽18的内侧壁向内倾斜，且储油槽18的底部开度小于储油槽18的槽口开度，使隔磁环12与储油槽18的内侧壁之间始终具有间隙；从而使永磁体11和隔磁环12在进入储油槽18的过程中，能够将磁流变液17从储油槽18挤出，并进入工作间隙内。刚开始工作时，通过注液螺塞19对工作间隙装填的磁流变液17占工作间隙下端1/3的容积；在主动轴1带动主动壳体旋转时，工作间隙内的磁流变液17在旋转离心力的作用下流入储油室内。

在外圆筒32内侧与从动盘4、永磁体11和储油槽18之间设有一隔磁密封筒20，该隔磁密封筒20与外圆筒32固定连接，所述从动盘4的周面和永磁体11的外侧面均与隔磁密封筒20紧贴，并与隔磁密封筒20滑动配合在一起；从而避免磁流变液17进入左壳体31与从动盘4之间的间隙内。

所述右壳体33、从动盘4和外圆筒32由导磁材料制成，所述隔磁环12、摩擦盘13和左壳体31由不导磁材料制作而成；这样可保证永磁体11产生的磁通在有效的导磁材料介质下顺利接通，从而使得工作间隙内的磁流变液17在磁场作用下产生磁流变效应进行剪切应力传动。

工作过程如下：

离合器未工作时，磁流变液17在工作间隙的下部，体积占工作间隙的1/3；当主动轴1转动时，磁流变液17在离心力作用下，流入靠近右壳体33外缘的储油槽18内；由于此时工作间隙里是空气，空气的磁导率极小，永磁体11产生的磁通没有导磁材料，所以无法通过储油室里磁流变液17，不能发生磁流变效应，从动部分不转动，离合器处于分离状态。

随着温度升高，使形状记忆合金弹簧9感温驱动从动盘4向右移动，使得工作间隙减小，从动盘4的永磁体11和隔磁环12挤压磁流变液17进入工作间隙，此时磁通能通过工作间隙和储油槽18中的磁流变液17，从而发生磁流变效应。随着温度进一步升高，足以使形状记忆合金弹簧9驱动的从动盘4上的锥形槽16与摩擦盘13楔紧；进一步增加转矩的传递。

本发明充分利用了从动盘4与右壳体33之间的磁流变液17和储油槽18中磁流变液17的剪切应力与圆锥盘摩擦力共同传递转矩，实现了高温工况下离合器传递大转矩的功能。

最后需要说明的是，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，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的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，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种形状记忆合金驱动的永磁式磁流变离合器，包括主动轴、从动轴、主动壳体、从动盘和连接套筒，所述主动壳体包括左壳体、外圆筒和右壳体，所述外圆筒的两端分别与左壳体和右壳体固定连接，所述主动轴与右壳体固定连接；在左壳体的中部设有一连接孔，所述连接套筒的一端伸入该连接孔内并通过轴承与左壳体相连；所述从动轴的一端穿过连接套筒后伸入主动壳体内，其另一端具有一连接盘，并通过该连接盘与连接套筒的另一端固定连接；其特征在于：所述从动盘位于主动壳体内，其左侧中部向左凸出形成一套管，该套管套设在从动轴上，并通过滑键与从动轴滑动配合相连，使从动盘能沿从动轴的轴向移动；在套管与连接盘之间设有一形状记忆合金弹簧，该形状记忆合金弹簧一端与连接盘固定连接，另一端与套管固定连接；在连接套筒对应形状记忆合金弹簧的位置设有数个通气孔；在从动盘的右侧设有一环形永磁体，在永磁体的内侧设有一隔磁环；

在右壳体内侧的中部固定连接有一摩擦盘，所述摩擦盘中部向左侧凸起形成一锥形凸台；在该锥形凸台的中部设有一调节孔，在调节孔内滑动配合设有一移动活塞，在移动活塞与右壳体之间设有一复位弹簧，所述复位弹簧的两端分别与移动活塞和右壳体固定连接；在从动盘的右侧，对应锥形凸台的位置设有一锥形槽，且所述锥形槽的深度小于锥形凸台的厚度；

所述从动盘、摩擦盘以及右壳体之间形成磁流变液的工作间隙，在该工作间隙内填充有占其容积1/3的磁流变液；在右壳体的内侧，对应永磁体和隔磁环的位置设有一环形储油槽；在外圆筒内侧与从动盘、永磁体和储油槽之间设有一隔磁密封筒，该隔磁密封筒与外圆筒固定连接，所述从动盘的周面和永磁体的外侧面均与隔磁密封筒紧贴，并与隔磁密封筒滑动配合在一起；其中，在从动盘的移动过程中，永磁体和隔磁环的端面与储油槽槽底之间的距离始终与从动盘和右壳体之间的距离一致；所述储油槽的内侧壁向内倾斜，且储油槽的底部开度小于储油槽的槽口开度，使隔磁环与储油槽的内侧壁之间始终具有间隙。

2.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的永磁式磁流变离合器，其特征在于：在右壳体上设有一注液孔，在该注液孔上配合设有一注液螺塞。

3.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的永磁式磁流变离合器，其特征在于：在移动活塞的周面上套设有O型密封圈。

4.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的永磁式磁流变离合器，其特征在于：在连接套筒上套设有一轴承端盖，所述轴承端盖与左壳体固定连接在一起，在轴承端盖与连接套筒之间设有毛毡圈。

5.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的永磁式磁流变离合器，其特征在于：所述右壳体、从动盘和外圆筒由导磁材料制成，所述隔磁环、摩擦盘和左壳体由不导磁材料制作而成。