CN108374840A - 一种基于磁流变效应的滑动轴承制动装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于磁流变效应的滑动轴承制动装置及控制方法，包括电磁线圈、磁流变脂、磁轭、转轴、轴承座、轴瓦。轴承座内部嵌入四个磁轭，每个磁轭相隔90°，电磁线圈分别绕在四个磁轭上面；轴承座上方开有一个进油孔；轴瓦内部嵌入四个磁轭，每个磁轭相隔90°，电磁线圈分别绕在四个磁轭上面；轴承座内径与轴瓦外径之间形成一个圆环间隙，磁流变脂充满于此间隙；磁轭、磁流变脂形成四条独立的磁路，磁场分别通过这四条磁路；转轴与轴瓦内径过盈配合；轴承座内部四个磁轭与轴瓦内部四个磁轭为硅钢强导磁材料，轴承座与轴瓦为不锈钢非导磁材料。本发明不需要另加制动装置，大大减小了装置尺寸，降低了生产成本。

Description

一种基于磁流变效应的滑动轴承制动装置及控制方法
技术领域
本发明属于机械制动设备，具体涉及一种基于磁流变效应的滑动轴承制动装置及控制方法。
背景技术
滑动轴承是机械装置和设备中的最重要部件之一，其具有转速高、工作稳定、抗振性好、承载力大、噪声小和寿命长等特点，在机械制造业、大型电站、钢铁联合企业和化工联合企业等领域得到广泛应用。随着科学技术的不断进步，中国制造业不断向高精尖化发展，机械设备的效率问题成为界内的讨论热点，特别是在许多以生产为主中小型企业中，量的概念显得非常重要，在这种情况下，他们投入了一定的成本用于提高机器运行效率，然而，有些改良后的机器的内部结构比较复杂，或者外部附加用于调速的各种各样的液压、气压系统。如果有一套装置，在不改变机器原来的机械结构或者不附加外部的调速液压、气压系统的情况下，仅仅更换机器内部的一个零件就能达到提高效率的目标，这将给我们国家的中小型企业带来巨大的经济利益，本发明为了实现这一目标，引入磁流变脂这种智能材料，利用磁流变脂产生流变效应能够通过外加磁场来控制这一特点实现轴承无极调速的功能。并且从理论上讲，整个装置具有反应快速、连续、可逆、剪切屈服应力高、耗能低等特点。
跟传统的磁流变液相比，磁流变脂具有很好的抗沉降性，在长期久置后能够保持良好的稳定性与可靠性，因此，本发明中磁流变制动装置的工作介质选择磁流变脂，它的流动特性与磁场流变液类似，可在外加磁场的作用下发生改变。当外加磁场作用于磁流变脂，它将由液态特性转化为类固态特性；当外加磁场消失时，它会迅速由类固态向液态发生转化。这样能够实现磁流变脂作用于轴瓦上的阻尼力大小可通过磁场的变化来控制的功能。
磁流变脂的本构关系通常用宾汉塑性模型来表示，其数学表述为：
式中τ0(H)为外加磁场引起的剪切屈服应力；H为外加磁场的磁场强度；η为塑性粘度，是剪切屈服应力与剪切应变的比值；γ为剪切速率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于磁流变效应的滑动轴承制动装置及控制方法，在轴承座内圈与轴瓦外圈之间设计成一个环形间隙，将磁流变脂充满与此间隙，根据轴瓦的速度，控制流入电磁线圈的电流大小，从而在嵌入于轴承座和轴瓦的磁轭与磁流变脂之间形成磁路，使得磁流变脂发生磁流变效应，产生屈服应力，进而对轴瓦产生阻尼力，最终达到制动的效果。因此不需要另接轴承制动装置，大大减小了装置尺寸，降低了生产成本。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于磁流变效应的滑动轴承制动装置及控制方法，包括电磁线圈、磁流变脂、磁轭、转轴、轴承座、轴瓦。轴承座上方开有一个进油孔；该装置中磁轭一共有八个，轴承座内部嵌入四个磁轭，每个磁轭相隔90°，电磁线圈分别绕在四个磁轭上面；轴瓦内部嵌入四个磁轭，每个磁轭相隔90°，电磁线圈分别绕在四个磁轭上面；轴承座内径与轴瓦外径之间形成一个圆环间隙，磁流变脂充满于此间隙；磁轭、磁流变脂形成四条独立的磁路，磁场分别通过这四条磁路；转轴与轴瓦内径过盈配合；轴承座内部四个磁轭与轴瓦内部四个磁轭为硅钢强导磁材料，轴承座与轴瓦为不锈钢非导磁材料。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：在轴承座内圈与轴瓦外圈之间设计成一个环形间隙，将磁流变脂充满与此间隙，根据轴瓦的速度，控制流入电磁线圈的电流大小，从而在嵌入于轴承座和轴瓦的磁轭与磁流变脂之间形成磁路，使得磁流变脂发生磁流变效应，产生屈服应力，进而对轴瓦产生阻尼力，最终达到制动的效果。因此不需要外接制动装置，大大减小了装置尺寸，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明一种基于磁流变效应的滑动轴承制动装置及控制方法的整体结构示意图。
图2为本发明一种基于磁流变效应的滑动轴承制动装置及控制方法的轴承座线圈连接方式及磁轭磁极分布。
图3为本发明一种基于磁流变效应的滑动轴承制动装置及控制方法的轴瓦某一状态下轴承座与轴瓦磁轭磁极分布状态。
图4为本发明一种基于磁流变效应的滑动轴承制动装置及控制方法的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
在图1中，本发明所述的一种基于磁流变效应的滑动轴承制动装置及控制方法，包括电磁线圈1、磁流变脂3、磁轭4、转轴5、轴承座6、轴瓦7。
所示轴承座6上方开有一个进油孔2；该装置中磁轭4一共有八个，其中，轴承座6内部嵌入四个磁轭4，每个磁轭4相隔90°，电磁线圈1分别绕在这四个磁轭4上面；轴瓦7内部嵌入四个磁轭4，每个磁轭4相隔90°，电磁线圈1分别绕在这四个磁轭4上面；轴承座6内径与轴瓦7外径之间形成一个圆环间隙，磁流变脂3充满于此间隙；磁轭4、磁流变脂3形成四条独立的磁路，磁场8分别通过这四条磁路；转轴5与轴瓦7内径过盈配合；轴承座6内部四个磁轭4与轴瓦7内部四个磁轭4为硅钢强导磁材料，轴承座6与轴瓦7为不锈钢非导磁材料。
结合图2、图3和图4展开说明：如图2所示，轴承座6中两对电磁线圈1的连接方式为：对面电磁线圈1以串联的方式连接，四个接头A+、A-、B+、B-的通过电流方向不变，大小根据某一时刻下转轴5转速通过图4所示的流程控制；图3为某一状态下轴承座6中磁轭4与轴瓦7中磁轭4的磁极分布，此时控制电流流入电磁线圈a和电磁线圈b的电流，根据轴瓦7中每个磁轭4对应的轴承座6中的磁轭4磁极来控制电磁线圈a和电磁线圈b电流流入方向，大小根据某一时刻下转轴5的转速通过图4所示的流程控制；图4为一种基于磁流变效应的滑动轴承制动装置及控制方法的控制方法流程示意图，图中11为转轴转速、22为角速度传感器、33为信号转换器和放大器、44为PID控制模块、55为电流驱动器，具体控制流程描述如下：转轴转速11通过角速度传感器22实时监测，并将转轴转速11信号传给信号转换器和放大器33，然后将转换、放大后的转轴转速11信号传给PID控制模块44来控制流入电磁线圈1的电流，最后通过电流驱动器55来驱动产生磁场8达到制动控制。

Claims (3)

1.一种基于磁流变效应的滑动轴承制动装置及控制方法，其特征在于：电磁线圈(1)、磁流变脂(3)、磁轭(4)、转轴(5)、轴承座(6)、轴瓦(7)；所述磁轭有八个，轴承座(6)内部嵌入四个磁轭(4)，每个磁轭(4)相隔90°，电磁线圈(1)分别绕在四个磁轭(4)上面；轴瓦(7)内部嵌入四个磁轭(4)，每个磁轭(4)相隔90°，电磁线圈(1)分别绕在四个磁轭(4)上面；轴承座(6)内径与轴瓦(7)外径之间形成一个圆环间隙，磁流变脂(3)充满于此间隙；所述磁轭(4)、磁流变脂(3)形成四条独立的磁路，磁场(8)分别通过所述四条磁路；所述转轴(5)与轴瓦(7)内径过盈配合。
2.根据权利要求1所述基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头，其特征在于：轴承座(6)上方开有一个进油孔(2)。
3.根据权利要求1所述基于法向力的水基磁流变封闭式柔性抛光头，其特征在于：所述轴承座(6)内部四个磁轭(4)与轴瓦(7)内部四个磁轭(4)为硅钢强导磁材料，轴承座(6)与轴瓦(7)为不锈钢非导磁材料。
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