CN109281962A - 一种基于巨电流变液剪切模式的制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于巨电流变液剪切模式的制动器，包括外筒、极轴和端盖，极轴设置在外筒内，极轴通过端盖与外筒固定连接，极轴包括沿极轴轴向设置的若干个极板，外筒、端盖及极轴形成的空间填充有巨电流变液。本发明在极轴的轴向距离一定的条件下增加了极轴的表面积，极轴两端与制动装置的转子相连，在无电场作用下，由于巨电流变液黏度极低，因而极轴能自由转动；当外加强电场时，旋转的巨电流变液粘度变大直至变为固体，即剪应力增大，阻碍制动装置转子的运动，直至不能转动，即为刹车；当电场断开时，巨电流变液又恢复到低粘度状态，制动装置转子能自由转动。巨电流变液随电压改变的响应很快，能够快速制动和恢复转子自由转动。

Description

一种基于巨电流变液剪切模式的制动器

技术领域

本发明涉及制动器技术领域，特别是涉及一种基于巨电流变液剪切模式的制动器。

背景技术

电流变液是由高介电常数的小颗粒分散在低介电常数的溶剂中形成的悬浮液体。这种悬浮液体在外加电场作用下可以在毫秒级的瞬间使固体颗粒极化而相互作用，形成平行于电场的链状或者柱状结构，从而使液体表现为具有一定屈服应力的类似固体的本构状态，使表观粘度增大几个数量级。这种使流体改变状态的效应叫做电流变效应。

电流变液技术是当前国际上的高新技术和未来技术，它对学科发展或工程技术的变革都具有重大的学术价值和经济价值。电流变液制动器具有许多传统机械装置无法比拟的优点：具有电控机械器件的能力，几乎无磨损，重量轻，器件寿命长，制动力可无级精确调节、控制范围宽、响应速度可大大提高，可以提高计算机控制能力，提高能耗效率。因此可以预料，随着科学技术的不断进步，电流变液装置在各个领域的应用将会越来越多，这也是今后制动系统的发展方向。

巨电流变液是由可极化介电微粒均匀分散于巨电流变液的基液中形成的一种悬浮液，当对其施加电场时，其粘度、剪切强度等性能瞬时变化，其粘度、强度等大小随电场调节连续可调，可调范围大，甚至达到几个数量级，可由低粘度流体转换为高粘度流体，甚至固体。当外加电场撤去以后，它又可以在毫秒时间内恢复到流体状态，这种介于液体和固体的属性间可控、可逆、连续的转变，可以通过电场实现力矩的可控传递和机构的在线无级、可逆控制，能替代传统的电一机械转换元器件，在机电一体化的自适应控制机构工业领域有着广泛的应用前景，特别在国防建设、交通工具、液压设备、机械制造业、传感器技术等领域具有更为广阔的应用基础和应用需求，是制动器领域急需发展的关键材料之一。

根据香港科技大学温维佳教授所做的研究工作，目前研制的新型巨电流变液在5KV/mm的电场强度下可以达到130kPa以上的屈服强度，完全可以满足工程需要。但是，这种新型的巨电流变液的粘滞系数仅为普通电流变液的1/10，仅仅为0.1Pa·s，而一般的电流变液的粘滞系数为1Pa·s。因此，同样条件下，普通电流变液提供的粘滞阻尼力远远大于新型巨电流变液提供的粘性阻尼力。

根据工作原理，电流变阻尼器分为剪切模式、流动模式和复合模式。在实际工程中，通常要求电流变阻尼器能提供较大的阻尼力，这使得采用传统结构设计的电流变阻尼器体积和质量较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于巨电流变液剪切模式的制动器，以解决上述现有技术存在的问题，使制动器结构紧凑，极轴相对面积大，阻尼效果好。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种基于巨电流变液剪切模式的制动器，包括外筒、极轴和端盖，所述极轴设置在所述外筒内，所述极轴通过所述端盖与所述外筒转动连接，所述极轴包括沿所述极轴轴向设置的若干个极板，所述外筒、所述端盖及所述极轴形成的空间填充有巨电流变液，所述极轴和所述外筒分别通极性相反的电。

优选的，所述外筒包括两个半外筒，两个所述半外筒通过螺栓连接，所述外筒的内壁的形状与所述极轴的形状相匹配。

优选的，所述外筒的内壁和所述极板上均设置有若干凹坑。

优选的，所述极板与所述外筒的内壁、所述极板与所述端盖的最小距离均为1-3mm。

优选的，所述极轴通正电，所述外筒通负电。

优选的，所述极轴的两端套设有圆锥滚子轴承，所述圆锥滚子轴承设置在所述极轴的轴肩与所述端盖之间。

优选的，所述端盖与所述外筒之间设置有O型密封圈。

优选的，所述端盖上设置有进液口，所述进液口内设置有密封塞。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明通过在极轴上设置若干个极板，在极轴的轴向距离一定的条件下增加了极轴的表面积，极轴两端与制动装置的转子相连，在无电场作用下，由于巨电流变液黏度极低，因而极轴能自由转动；当外加强电场时，旋转的巨电流变液粘度变大直至变为固体，即剪应力增大，阻碍制动装置转子的运动，直至不能转动，即为刹车；当电场断开时，巨电流变液又恢复到低粘度状态，制动装置转子能自由转动。巨电流变液随电压改变的响应很快，能够快速制动和恢复转子自由转动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于巨电流变液剪切模式的制动器的主视图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为本发明的基于巨电流变液剪切模式的制动器的内部示意图；

图4为本发明的基于巨电流变液剪切模式的制动器的俯视图；

其中：1-极轴，2-端盖，3-外筒，4-极板，5-O型密封圈，6-圆锥滚子轴承。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于巨电流变液剪切模式的制动器，以解决上述现有技术存在的问题，使制动器结构紧凑，极轴相对面积大，阻尼效果好。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图3所示：本实施例提供了一种基于巨电流变液剪切模式的制动器，包括外筒3、极轴1、端盖2和圆锥滚子轴承6，外筒3包括两个半外筒，两个半外筒之间的凹槽中设置有密封条，两个半外筒通过螺栓连接，极轴1设置在外筒3内，极轴1的两端套设有圆锥滚子轴承6，圆锥滚子轴承6一端抵在极轴1的轴肩，圆锥滚子轴承6的另一端抵在端盖2上。圆锥滚子轴承6减少极轴1转动与端盖2之间的摩擦。极轴1通过端盖2与外筒3转动连接，端盖2与外筒3之间设置有O型密封圈5，端盖2与外筒3通过螺栓固定连接，端盖2上设置有进液口，进液口内设置有密封塞。圆锥滚子轴承6和端盖2的表面设置有绝缘涂层，圆锥滚子轴承6和端盖2也可以采用绝缘材料制成。

本实施例中，极轴1包括沿极轴1轴向设置的若干个极板4，优选为三个，极板4的形状为沿极轴1周向设置的圆盘，极板4的截面为齿形，外筒3内壁的形状与极轴1上极板4的形状相匹配，并且极板4与外筒3的内壁、极轴1与端盖2的最小距离为1-3mm，优选为2mm，极轴1与外筒3能够相对转动，极轴1与端盖2也能够相对转动。此外，外筒3内壁和极板4上通过物理或化学方法进行表面微孔凹坑处理，凹坑可以为半球形、三棱锥形或四棱锥形。外筒3、端盖2及极轴1形成的空间填充有巨电流变液。极轴1通过导线与电源的正极相连，即极轴1带正电，外筒3通过导线与电源的负极相连，即外筒3带负电，极轴1与外筒3形成电场。

本实施例通过在极轴1上设置若干个极板4，在极轴1的轴向距离一定的条件下增加了极轴1的表面积，并且极板4与极板4之间形成电极间隙，巨电流变液的粘度随电压的改变而改变，并且巨电流变液随电压改变的响应很快，能够快速制动和恢复转子自由转动。通过电压控制巨电流变液的粘度，进而实现制动的半主动控制和主动控制。极板4和外筒3内壁上的凹坑在有限的空间内增加了阻尼通道的面积，显著降低巨电流变液与极板4表面间的滑移。

本实施例的工作原理是根据巨电流变液的阻尼效应来实现制动，工作时，极轴1两端通过螺栓、联轴器等零部件与制动装置的转子相连，在无电场作用下，由于巨电流变液黏度极低，因而极轴1能自由转动；极轴1转动，极轴1与外筒3之间产生相对运动，极板4之间的巨电流变液被剪切，当外加强电场时，巨电流变液的流变性能发生改变，粘度增加、阻尼系数变大，进而产生阻尼力，旋转的巨电流变液粘度变大直至变为固体，阻碍制动装置转子的运动，直至不能转动，即为刹车；当电场断开时，巨电流变液又恢复到低粘度状态，制动装置转子能自由转动。

本实施例具有结构紧凑、构造简单、极板4相对面积大、响应速度快、质量轻、阻尼效果好等优点。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于巨电流变液剪切模式的制动器，其特征在于：包括外筒、极轴和端盖，所述极轴设置在所述外筒内，所述极轴通过所述端盖与所述外筒转动连接，所述极轴包括沿所述极轴轴向设置的若干个极板，所述外筒、所述端盖及所述极轴形成的空间填充有巨电流变液，所述极轴和所述外筒分别通极性相反的电。

2.根据权利要求1所述的基于巨电流变液剪切模式的制动器，其特征在于：所述外筒包括两个半外筒，两个所述半外筒通过螺栓连接，所述外筒的内壁的形状与所述极轴的形状相匹配。

3.根据权利要求1所述的基于巨电流变液剪切模式的制动器，其特征在于：所述外筒的内壁和所述极板上均设置有若干凹坑。

4.根据权利要求1所述的基于巨电流变液剪切模式的制动器，其特征在于：所述极板与所述外筒的内壁、所述极板与所述端盖的最小距离均为1-3mm。

5.根据权利要求1所述的基于巨电流变液剪切模式的制动器，其特征在于：所述极轴通正电，所述外筒通负电。

6.根据权利要求1所述的基于巨电流变液剪切模式的制动器，其特征在于：所述极轴的两端套设有圆锥滚子轴承，所述圆锥滚子轴承设置在所述极轴的轴肩与所述端盖之间。

7.根据权利要求1所述的基于巨电流变液剪切模式的制动器，其特征在于：所述端盖与所述外筒之间设置有O型密封圈。

8.根据权利要求1所述的基于巨电流变液剪切模式的制动器，其特征在于：所述端盖上设置有进液口，所述进液口内设置有密封塞。