CN107605995A - 一种磁流变液制动器及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁流变液制动器及其工作方法，该制动器包括转子盘、传动轴和壳体，转子盘套设于传动轴上且置于壳体内，壳体内部设置有钢套，钢套内侧设有励磁线圈，在励磁线圈内侧设置隔磁环，隔磁环、壳体和转子盘形成的空腔内填有磁流变液，转子盘的正反两面均设有多个矩形凹槽。本发明不仅能够防止壁面滑移效应，而且结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁流变液制动器及其工作方法，特别涉及一种具有防止壁面滑移效应功能的磁流变液制动器。
背景技术
磁流变液以其特有的磁流变效应而受到广泛重视。磁流变液是由微米量级的铁磁性颗粒分布于非磁性液体中形成的悬浮液。在外加磁场的作用下，磁流变液的性能(如流变学、磁学、力学、热学、光学等性能)迅速发生变化，由原先的粘性流态转化为类固态，并具有一定的屈服剪切应力。磁流变效应的响应时间很短，一般为毫秒量级，并且固液态之间的转化具有可逆性，一旦外磁场撤去后，流动性即可恢复。磁流变液的固化强弱可受外加磁场的控制，其剪切应力随磁场强度的增加而增加，直至达到磁饱和状态，除此之外，磁流变液还具有能耗较低、制备方便、温度适用范围宽、不易污染等特点，在汽车、机械、建筑、航空等领域获得了广泛应用，被认为最具前途的智能材料之一。近年来磁流变液被广泛应用于新型制动器的研究，并且具有了良好的应用前景，将磁流变技术应用于制动器上具有创新性与可行性。
目前，磁流变制动器大多为盘式制动器（例如详见中国专利CN201310393903.6，美国专利US20120211315 A1），利用磁流变液填充于定子与转子之间，通过均匀作用于磁流变液间隙的磁场使得磁流变液产生剪切屈服应力，从而产生制动力矩。然而磁流变液自身存在的壁面滑移现象会使得磁流变液的屈服应力、粘度、触变性等流变学参数下降，这就造成了其在磁流变液制动器制动性能降低，因此消除磁流变液在制动过程中的壁面滑移效应至关重要。同时，磁流变液制动器在制动过程将机械能转换为热能，导致磁流变液温度升高，这会对磁流变液和磁流变液制动器的性能及寿命造成不良的影响。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种磁流变液制动器及其工作方法，不仅能够防止壁面滑移效应，而且结构简单。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种磁流变液制动器，包括转子盘、传动轴和壳体，转子盘套设于传动轴上且置于壳体内，壳体内部设置有钢套，钢套内侧设有励磁线圈，在励磁线圈内侧设置隔磁环，隔磁环、壳体和转子盘形成的空腔内填有磁流变液，转子盘的正反两面均设有多个矩形凹槽。
进一步地，壳体外部设置有水套，壳体外表面设有同心圆环形凹槽，相邻的同心圆环形凹槽之间设置有通道，同心圆环形凹槽、通道、水套形成的空间为冷却流道。
进一步地，水套上设有冷却流道的入水孔和出水孔。
进一步地，入水孔位于水套内环的下部，出水孔位于水套外环的上部。
进一步地，转子盘上矩形凹槽的深度为0.5mm~2mm，矩形凹槽宽度为0.5mm~1.0mm，矩形凹槽之间的间隔为1mm~3mm。
进一步地，壳体外侧表面上同心圆环形凹槽的深度为4mm~6mm，同心圆环形凹槽宽为8mm~10mm，同心圆环形凹槽之间间隔为4mm~6mm。
进一步地，励磁线圈采用直径为0.9mm~1.1mm，绝缘耐热等级为E~F级的漆包线。
进一步地，转子盘中心设有凸台，凸台内侧设有键槽，转子盘通过平键与传动轴固定，转子盘两侧、传动轴上设有轴用弹簧挡圈；在转子盘两侧，壳体与传动轴之间设置唇形密封圈；壳体两侧设置轴承端盖，轴承端盖与壳体之间装有调整垫片，调整片通过螺钉与壳体连接，轴承端盖内装有轴承。
进一步地，磁流变液制动器的工作方法，（1）非制动情况下，励磁线圈不通电，磁流变液为低粘度的牛顿流体，转子盘转动过程中产生的扭矩小，整个制动装置无制动效果；（2）在制动情况下，励磁线圈通电，磁流变液由低粘度的牛顿流体转变为具有高屈服应力的宾汉流体，转子盘在转动过程产生大的制动力矩，实现制动。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过在转子盘表面加工凹槽能有效的消除磁流变液的壁面滑移效应，不仅使磁流变液制动器的制动力矩更为精确，还提高了磁流变液制动器的低速制动性能和制动力矩可控性；本制动器所设计的环形冷却流道，能通过冷却换热的方式将制动过程中磁流变液产生的热量带走，最后冷却液通过出口流道流出，以上散热方式可以使磁流变液保持在较低的温度范围内，使其具有良好的控制性能和稳定性能；本制动器采用单盘式结构，结构简单，维护方便，由于磁流变液可以在几毫秒内由牛顿流体变成具有高剪切屈服应力的类固体，使得磁流变液制动装置具有响应时间短，没有传统曳引制动的高噪声，机械磨损以及冲击大等缺点，并具有制动力矩平稳且连续可调，易于控制，制动冲击小，噪声小，能量消耗低等特点。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的水套的结构侧视示意图；
图3为本发明实施例的转子盘的结构侧视示意图。
图中：1-隔磁环，2-磁流变液，3-轴承，4-调整垫片，5-轴承端盖，6-传动轴，7-唇形密封圈，8-进水孔，9-钢套，10-壳体，11-水套，12-普通平键，13-轴用弹簧挡圈，14-内六角螺钉，15-开槽沉头螺钉，16-转子盘，17-励磁线圈，18-螺纹孔，19-入水孔，20-出水孔，21-凸部，22-凹槽，23-键槽，24-环形凸台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
一种磁流变液制动器，包括转子盘、传动轴和壳体，转子盘套设于传动轴上且置于壳体内，壳体内部设置有钢套，钢套内侧设有励磁线圈，在励磁线圈内侧设置隔磁环，隔磁环、壳体和转子盘形成的空腔内填有磁流变液，转子盘的正反两面均设有多个矩形凹槽。
如图1所示，本发明采用单盘式结构，包括隔磁环1、磁流变液2、轴承3、调整垫片4、轴承端盖5、传动轴6、唇形密封圈7、进水孔8、钢套9、壳体10、水套11、普通平键12、轴用弹簧挡圈13、内六角螺钉14、开槽沉头螺钉15、转子盘16、励磁线圈17。其中，转子盘16通过普通平键12与传动轴6固定且置于壳体10内，转子盘16两侧、传动轴6上装有轴用弹簧挡圈13防止转子盘16发生轴向位移。壳体10采用隔磁材料（如低碳钢、铝）做成，在转子盘16两侧，壳体10与传动轴6之间设置唇形密封圈用于制动器的轴向密封，避免制动过程中磁流变液2的泄露。壳体10两侧设置轴承端盖5，两侧的轴承端盖5与壳体10之间装有调整垫片4，同时通过内六角螺钉14与壳体10连接，轴承端盖5内装有轴承3，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。励磁线圈17、隔磁环1、钢套9组成一个励磁装置。
如图1、图2所示，壳体10外部设置有水套11，壳体10外表面设有同心圆环形凹槽，相邻的同心圆环形凹槽之间设置有通道，同心圆环形凹槽、通道、水套形成的空间为冷却流道；水套11内外环均设有8个螺纹孔18与壳体10通过开槽沉头螺钉15连接，同时与壳体10形成冷却流道，保证工作过程中的温度保持较低。水套11上有入水孔19和出水孔20分别作为冷却流道的入水口和出水口，优选地，入水孔19位于水套11内环的下部，出水孔20位于水套11外环的上部。
如图3所示，转子盘16正反两面表面有深度为0.5mm~2mm，宽度为0.5mm~1mm的矩形凹槽22，相邻两个凹槽之间的距离为1mm~3mm形成一个凸部21，这种具有凹槽的表面结构能够防止磁流变液2在转子盘表面所附着的滑移层的形成，从而达到消除磁流变液2壁面滑移效应的功能使整个制动装置的精确和稳定性。转子盘中心有环形凸台24，环形凸台24内侧设有一键槽23，通过普通平键12与传动轴6连接，保证运转过程中的稳定性。
优选地，转子盘上矩形凹槽的深度为0.5mm~2mm，矩形凹槽宽度为0.5mm~1.0mm，矩形凹槽之间的间隔为1mm~3mm。
优选地，壳体外侧表面上同心圆环形凹槽的深度为4mm~6mm，同心圆环形凹槽宽为8mm~10mm，同心圆环形凹槽之间间隔为4mm~6mm。
优选地，励磁线圈采用直径为0.9mm~1.1mm，绝缘耐热等级为E~F级的漆包线。
如图1所示，非制动情况下，励磁线圈17不通电，此时磁流变液2可以近似为低粘度的牛顿流体，转子盘16转动过程中产生的扭矩很小，整个制动装置这时并没有制动效果。在制动情况下，励磁线圈17通电，此时磁流变液2由粘度较低的牛顿流体瞬间转变为具有高屈服应力的宾汉流体，这种情况下转子盘16在转动过程产生极大的制动力矩，从而达到制动的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种磁流变液制动器，其特征在于：包括转子盘、传动轴和壳体，转子盘套设于传动轴上且置于壳体内，壳体内部设置有钢套，钢套内侧设有励磁线圈，在励磁线圈内侧设置隔磁环，隔磁环、壳体和转子盘形成的空腔内填有磁流变液，转子盘的正反两面均设有多个矩形凹槽。
2.根据权利要求1所述的磁流变液制动器，其特征在于：壳体外部设置有水套，壳体外表面设有同心圆环形凹槽，相邻的同心圆环形凹槽之间设置有通道，同心圆环形凹槽、通道、水套形成的空间为冷却流道。
3.根据权利要求2所述的磁流变液制动器，其特征在于：水套上设有冷却流道的入水孔和出水孔。
4.根据权利要求3所述的磁流变液制动器，其特征在于：入水孔位于水套内环的下部，出水孔位于水套外环的上部。
5.根据权利要求1-4之一所述的磁流变液制动器，其特征在于：转子盘上矩形凹槽的深度为0.5mm~2mm，矩形凹槽宽度为0.5mm~1.0mm，矩形凹槽之间的间隔为1mm~3mm。
6.根据权利要求2-4之一所述的磁流变液制动器，其特征在于：壳体外侧表面上同心圆环形凹槽的深度为4mm~6mm，同心圆环形凹槽宽为8mm~10mm，同心圆环形凹槽之间间隔为4mm~6mm。
7.根据权利要求1-4之一所述的磁流变液制动器，其特征在于：励磁线圈采用直径为0.9mm~1.1mm，绝缘耐热等级为E~F级的漆包线。
8.根据权利要求1-4之一所述的磁流变液制动器，其特征在于：转子盘中心设有凸台，凸台内侧设有键槽，转子盘通过平键与传动轴固定，转子盘两侧、传动轴上设有轴用弹簧挡圈；在转子盘两侧，壳体与传动轴之间设置唇形密封圈；壳体两侧设置轴承端盖，轴承端盖与壳体之间装有调整垫片，调整片通过螺钉与壳体连接，轴承端盖内装有轴承。
9.根据权利要求1-8之一所述的磁流变液制动器的工作方法，其特征在于：（1）非制动情况下，励磁线圈不通电，磁流变液为低粘度的牛顿流体，转子盘转动过程中产生的扭矩小，整个制动装置无制动效果；（2）在制动情况下，励磁线圈通电，磁流变液由低粘度的牛顿流体转变为具有高屈服应力的宾汉流体，转子盘在转动过程产生大的制动力矩，实现制动。
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