CN109681545B

CN109681545B - 形状记忆合金驱动的磁流变液与电磁摩擦联合传动装置

Info

Publication number: CN109681545B
Application number: CN201910174630.3A
Authority: CN
Inventors: 黄金; 王西; 谢勇
Original assignee: Chongqing University of Technology
Current assignee: Chongqing University of Technology
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2039-03-08
Also published as: CN109681545A

Abstract

本发明公开了一种形状记忆合金驱动的磁流变液与电磁摩擦联合传动装置，包括主动轴、从动轴以及从动壳体，在从动圆筒的两端面分别绕其一周设有数个储油槽，在左端盖和右端盖的外侧设有油液驱动装置；在从动圆筒内侧靠近两端处分别设有绕其一周励磁线圈，在励磁线圈的内侧设有外摩擦环；在传动段上设有数个容置槽，在容置槽内固定设置有导向杆，所述导向杆的外端具有导向槽；在容置槽内还设有一衔铁推杆，所述衔铁推杆的外端扩大形成推动段，在推动段的外端固定有内摩擦环；在推动段与容置槽的槽底之间设有第二形状记忆合金弹簧。本发明能够延长磁流变液的使用寿命，自动控制磁流变液进行转矩传递，保证转矩传递的稳定性。

Description

形状记忆合金驱动的磁流变液与电磁摩擦联合传动装置

技术领域

本发明涉及传动装置技术领域，尤其涉及一种形状记忆合金驱动的磁流变液与电磁摩擦联合传动装置。

背景技术

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。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。

虽然现有技术中，CN 206802225 U公开了一种形状记忆合金挤压的磁流变液与摩擦联合传动装置，当环境温度升高后，本装置能够通过形状记忆合金开关自动接通电源，装置温度升高后，形状记忆合金弹簧产生输出力推动从动压盘与主动右壳体产生压力，同时，从动压盘还可以对磁流变液进行挤压，能够增大磁流变液的性能。CN 103277471 B公开了一种磁流变液和记忆合金交替传动装置，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。CN 207470640 U公开了一种高温智能传动装置，该方案通过磁流变液、摩擦滑块以及形状记忆合金环配合进行转矩的传递，从而能够保证在高温环境下，传动装置传递转矩的稳定性，同时，采用形状记忆合金触片开关控制励磁线圈的通断电，从而能够根据需要自动控制转矩的传递，使整个传动装置更加智能化，并且更加节能。发明专利CN104895956A“电热磁形状记忆合金与磁流变液复合离心式离合器”利用圆盘磁流变液与离心滑块摩擦共同传递转矩，通过改变电流大小分别改变作用在磁流变液上的励磁线圈磁场和形状记忆合金弹簧的温度，从而实现对离合器传递转矩的智能控制。

但以上专利还是存在以下不足：

1、磁流变液始终位于工作腔内，这样，在主动轴转动过程中会带动磁流变液流动，使磁流变液中的磁性粒子相互摩擦，从而造成磁流变液性能下降，影响磁流变液寿命；

2、当温度升高时，磁流变液不能快速自动进行转矩输出；

3、当温度升高，磁流变液性能下降时，整个传动装置的性能也会造成下降，现有的传动装置不能有效对磁流变液性能的降低进行补偿，从而影响转矩的稳定输出。

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磁流变液与电磁摩擦联合传动装置，能够有效保护磁流变液，延长磁流变液的使用寿命；并且，能够在温度升高时，自动控制磁流变液进行转矩传递；同时在温度持续升高后，能够通过摩擦块对磁流变液进行补偿，从而保证转矩传递的稳定性。

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磁流变液与电磁摩擦联合传动装置，包括主动轴、从动轴以及从动壳体，所述从动壳体包括左端盖、右端盖以及从动圆筒，所述左端盖和右端盖分别与从动圆筒的左右两端相连，主动轴穿过左端盖后伸入从动壳体内，并通过轴承与左端盖和右端盖相连，所述从动轴与右端盖固定连接；其中，主动轴位于从动壳体内的部分扩大形成传动段，且传动段与从动壳体之间形成磁流变液工作腔；其特征在于：

在从动圆筒的两端面分别绕其一周设有数个储油槽，所述储油槽的里端通过油孔与磁流变液工作腔相连通，其外端对应贯穿左端盖和右端盖；在左端盖和右端盖的外侧，对应各储油槽分别设有一油液驱动装置，所述油液驱动装置包括储油底座和储油端盖，所述储油底座对应与左端盖或右端盖固定连接，在储油底座上设有与储油槽相对应的通孔，所述储油端盖与储油底座固定连接，并将储油底座上的通孔封闭；在通孔内设有一固定导杆和活动导杆，所述固定导杆的长度方向与通孔的轴向一致，其一端与储油端盖固定连接，另一端具有导向槽；所述活动导杆的一端伸入固定导杆的导向槽内，另一端伸入储油槽内，并扩大形成推油活塞，且该推油活塞与储油槽的侧壁滑动配合相连；在推油活塞与储油槽里端之间填充有磁流变液，当所有储油槽内的磁流变液进入磁流变液工作腔后能够将磁流变液工作腔填满；在推油活塞与储油端盖之间设有第一形状记忆合金弹簧，所述第一形状记忆合金弹簧套设在固定导杆和活动导杆上，其两端分别与推油活塞和储油端盖相连；

在从动圆筒内侧靠近两端处分别设有绕其一周励磁线圈，在励磁线圈的内侧设有外摩擦环；在左端盖上设有一形状记忆合金触片开关，两励磁线圈通过导线与该形状记忆合金触片开关相连；

在传动段上，对应外摩擦环的位置，分别绕其一周设有数个容置槽，在容置槽内固定设置有导向杆，所述导向杆的长度方向与容置槽的轴向一致，其里端与容置槽的槽底固定连接，外端具有导向槽；在容置槽内还设有一衔铁推杆，所述衔铁推杆的里端伸入导向杆的导向槽内，外端扩大形成推动段，且该推动段与容置槽滑动配合相连；在推动段的外端固定有内摩擦环；在推动段与容置槽的槽底之间设有第二形状记忆合金弹簧，该第二形状记忆合金弹簧套设在导向杆和衔铁推杆上。

进一步地，所述形状记忆合金温控开关包括底板、上触片和下触片；所述底板与左端盖固定连接，上触片和下触片分别安装于底板的上下两端；其中，所述上触片由形状记忆合金制成，其下端延伸至下触片上方，当上触片受热后，其下端能够向下触片方向移动并与下触片贴合；两励磁线圈的一端通过同时与上触片相连，两励磁线圈的另一端以及下触片通过导线与电源相连。

进一步地，两励磁线圈位于两储油槽之间。

进一步地，在从动圆筒上，对应各储油槽分别设有一注液孔，在注液孔内配合设有注液螺塞。

进一步地，所述储油底座背离左端盖或右端盖的一侧向磁流变液工作腔的方向凸出，使储油底座的断面呈“凸”型，所述通孔贯穿储油底座的凸出部。

进一步地，所述从动圆筒包括左筒体、中筒体和右筒体，左筒体和右筒体与中筒体的连接处分别形成以线圈槽，两励磁线圈分别位于两线圈槽内；所述外摩擦环也嵌设于该线圈槽内，并位于励磁线圈外侧。

进一步地，在推油活塞与导油槽之间设有第一密封圈，所述第一密封圈套设在推油活塞上。

进一步地，在推动段与容置槽之间设有第二密封圈，所述第二密封圈套设在推动端上。

进一步地，在主动轴上套设有左轴承端盖。

进一步地，所述从动轴的左端扩大形成右轴承端盖，该右轴承端盖通过连接螺栓与右端盖固定连接在一起。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.结构简单，未工作时，磁流变液储存在储油槽与储油端盖组成的储油腔中，不会造成磁流变液中磁性粒子之间的摩擦，从而保证了磁流变液的性能，延长了磁流变液的寿命。

2.温度升高时，第一形状记忆合金弹簧伸长，通过推油活塞将储油槽内的磁流变液推入磁流变液工作腔内；同时，形状记忆合金触片关通电，励磁线圈产生磁场并作用于磁流变液，使磁流变液产生磁流变效应传递转矩，从而带动从动轴进行转矩输出。

3.励磁线圈产生的磁场同时吸附衔铁推杆，带动衔铁推杆向从动圆筒内部方向移动，使内摩擦环与外摩擦环进一步压紧，产生电磁摩擦转矩，从而有效提高转矩的传递。

4.随着温度的进一步升高，磁流变液性能下降，但是第二形状记忆合金弹簧伸长，并将摩擦滑块压紧在从动内筒的内壁上，并且压紧力增大，摩擦滑块传递的摩擦转矩增大，从而能够弥补磁流变液性能下降的影响，传动装置依靠磁流变液与滑块摩擦共同传递转矩，保证了传动性能稳定。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1中局部A的放大图。

图3位图1中局部B的放大图。

图中：

1-主动轴，2-从动轴，3-左端盖，4-右端盖，5-左筒体，6-中筒体，7-右筒体，8-传动段，9-磁流变液工作腔，10-储油底座，11-储油端盖，12-固定导杆，13-活动导杆,14-第一形状记忆合金弹簧，15-磁流变液，16-励磁线圈，17-外摩擦环，18-形状记忆合金触片开关，19-导向杆，20-衔铁推杆，21-内摩擦环，22-第二形状记忆合金弹簧，23-左轴承端盖，24-右轴承端盖。

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至图3，一种形状记忆合金驱动的磁流变液与电磁摩擦联合传动装置，包括主动轴1、从动轴2以及从动壳体；所述从动壳体包括左端盖3、右端盖4以及从动圆筒，所述左端盖3和右端盖4分别与从动圆筒的左右两端相连。主动轴1穿过左端盖3后伸入从动壳体内，并通过轴承与左端盖3和右端盖4相连，所述从动轴2与右端盖4固定连接。其中，主动轴1位于从动壳体内的部分扩大形成传动段8，且传动段8与从动壳体之间形成磁流变液工作腔9。具体实施时，在主动轴1上套设有左轴承端盖23。所述从动轴2的左端扩大形成右轴承端盖24，该右轴承端盖24通过连接螺栓与右端盖4固定连接在一起。通过左轴承端盖23和右轴承端盖24能够有效对轴承进行限位，从而保证主动轴1与从动壳体的稳定性；从动轴2扩大形成右轴承端盖24，这样能够进一步提高整体的稳定性，并且结构更加简单。

在从动圆筒的两端面分别绕其一周设有数个储油槽，所述储油槽的里端通过油孔与磁流变液工作腔9相连通，其外端对应贯穿左端盖3和右端盖4。在左端盖3和右端盖4的外侧，对应各储油槽分别设有一油液驱动装置，所述油液驱动装置包括储油底座10和储油端盖11。所述储油底座10对应与左端盖3或右端盖4固定连接，在储油底座10上设有与储油槽相对应的通孔，所述储油端盖11与储油底座10固定连接，并将储油底座10上的通孔封闭。在通孔内设有一固定导杆12和活动导杆13，所述固定导杆12的长度方向与通孔的轴向一致，其一端与储油端盖11固定连接，另一端具有导向槽。所述活动导杆13的一端伸入固定导杆12的导向槽内，另一端伸入储油槽内，并扩大形成推油活塞，且该推油活塞与储油槽的侧壁滑动配合相连；在推油活塞与导油槽之间设有第一密封圈，所述第一密封圈套设在推油活塞上，从而避免造成磁流变液泄漏。在推油活塞与储油槽里端之间填充有磁流变液15，当所有储油槽内的磁流变液15进入磁流变液工作腔9后能够将磁流变液工作腔9填满；实际加工过程中，在从动圆筒上，对应各储油槽分别设有一注液孔，在注液孔内配合设有注液螺塞，从而便于加入或更换磁流变液。其中，所述储油底座10背离左端盖3或右端盖4的一侧向磁流变液工作腔9的方向凸出，使储油底座10的断面呈“凸”型，所述通孔贯穿储油底座10的凸出部；这样使得通孔具有足够的长度，以从而使活动导杆13具有足够的长度，以能够将储油槽中的磁流变液推入磁流变液工作腔9中。在推油活塞与储油端盖11之间设有第一形状记忆合金弹簧14，所述第一形状记忆合金弹簧14套设在固定导杆12和活动导杆13上，其两端分别与推油活塞和储油端盖11相连。

在从动圆筒内侧靠近两端处分别设有绕其一周励磁线圈16，在励磁线圈16的内侧设有外摩擦环17。其中，两励磁线圈16位于两储油槽之间，从而避免与储油槽之间形成干涉。具体实施时，所述从动圆筒包括左筒体5、中筒体6和右筒体7，左筒体5和右筒体7与中筒体6的连接处分别形成以线圈槽，两励磁线圈16分别位于两线圈槽内；所述外摩擦环17也嵌设于该线圈槽内，并位于励磁线圈16外侧；这样，更便于励磁线圈16和外摩擦环17的装配。在左端盖3上设有一形状记忆合金触片开关18，两励磁线圈16通过导线与该形状记忆合金触片开关18相连。所述形状记忆合金温控开关包括底板、上触片和下触片；所述底板与左端盖3固定连接，上触片和下触片分别安装于底板的上下两端；其中，所述上触片由形状记忆合金制成，其下端延伸至下触片上方，当上触片受热后，其下端能够向下触片方向移动并与下触片贴合；两励磁线圈16的一端通过同时与上触片相连，两励磁线圈16的另一端以及下触片通过导线与电源相连。采用该方案，整体结构更加简单，能够根据环境温度自动进行启停控制，并且可靠性更高。

在传动段8上，对应外摩擦环17的位置，分别绕其一周设有数个容置槽；在容置槽内固定设置有导向杆19，所述导向杆19的长度方向与容置槽的轴向一致，其里端与容置槽的槽底固定连接，外端具有导向槽。在容置槽内还设有一衔铁推杆20，所述衔铁推杆20的里端伸入导向杆19的导向槽内，外端扩大形成推动段，且该推动段与容置槽滑动配合相连。在推动段与容置槽之间设有第二密封圈，所述第二密封圈套设在推动端上；从而避免磁流变液进入容置槽内。在推动段的外端固定有内摩擦环21；在推动段与容置槽的槽底之间设有第二形状记忆合金弹簧22，该第二形状记忆合金弹簧22套设在导向杆19和衔铁推杆20上。

工作过程中：

当主动轴1转动时，温度低于50⁰C时，磁流变液储存在从动轴2壳体的储油腔中；当温度大于50⁰C时，第一形状记忆合金弹簧14在热效应作用下轴向伸长，并且随温度的升高而增大，逐步将磁流变液推入磁流变液工作间隙中。

温度低于70⁰C时，形状记忆合金温控开关未给励磁线圈16通电时，摩擦滑块在离心力的作用下虽然能克服第二形状记忆合金弹簧22的拉力，但与从动套筒内壁未接触，只是间隙很小，传动处于分离状态。

当温度高于70⁰C时，形状记忆合金触片开关18导通，开始给励磁线圈16通电，磁通穿过磁流变液工作腔9中的磁流变液，磁流变液中的磁性颗粒沿磁通方向排列成链状结构，从而增大了磁流变液的剪切屈服应力，并且第二形状记忆合金弹簧22伸长，将摩擦滑块紧顶从动套筒内壁，依靠磁流变液的剪切屈服应力和滑块摩擦力的共同作用传递转矩，主动轴1开始带动从动轴2转动。同时，励磁线圈16产生的磁场吸引衔铁推杆20，使衔铁将两摩擦环压紧，依靠磁流变液的剪切应力和电磁摩擦环的摩擦力的联合作用传递转矩，从而带动从动轴2转动。

随着温度进一步升高，磁流变液的性能下降，所传递的转矩也下降；但是，第二形状记忆合金压力弹簧在高温下，能产生较大压紧力，使内摩擦环21更加压紧外摩擦环17，所产生的摩擦转矩能弥补高温下磁流变液转矩下降的影响，保持了传动装置性能的稳定性。

当温度低于70⁰C后，形状记忆合金触片开关18断开励磁线圈16的电流，磁场消失，第二形状记忆合金弹簧22及第一形状记忆合金弹簧14收缩到原来状态，传动装置重新回到分离状态；同时，在离心力和工作腔中压缩空气的作用下，磁流变液通过导管流回储油腔中保存起来，保持了磁流变液的性能，延长了磁流变液的寿命。

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

1.一种形状记忆合金驱动磁流变液与电磁摩擦联合的传动装置，包括主动轴、从动轴以及从动壳体，所述从动壳体包括左端盖、右端盖以及从动圆筒，所述左端盖和右端盖分别与从动圆筒的左右两端相连，主动轴穿过左端盖后伸入从动壳体内，并通过轴承与左端盖和右端盖相连，所述从动轴与右端盖固定连接；其中，主动轴位于从动壳体内的部分扩大形成传动段，且传动段与从动壳体之间形成磁流变液工作腔；其特征在于：

2.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动磁流变液与电磁摩擦联合的传动装置，其特征在于：所述形状记忆合金温控开关包括底板、上触片和下触片；所述底板与左端盖固定连接，上触片和下触片分别安装于底板的上下两端；其中，所述上触片由形状记忆合金制成，其下端延伸至下触片上方，当上触片受热后，其下端能够向下触片方向移动并与下触片贴合；两励磁线圈的一端通过同时与上触片相连，两励磁线圈的另一端以及下触片通过导线与电源相连。

3.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动磁流变液与电磁摩擦联合的传动装置，其特征在于：两励磁线圈位于两储油槽之间。

4.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动磁流变液与电磁摩擦联合的传动装置，其特征在于：在从动圆筒上，对应各储油槽分别设有一注液孔，在注液孔内配合设有注液螺塞。

5.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动磁流变液与电磁摩擦联合的传动装置，其特征在于：所述储油底座背离左端盖或右端盖的一侧向磁流变液工作腔的方向凸出，使储油底座的断面呈“凸”型，所述通孔贯穿储油底座的凸出部。

6.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动磁流变液与电磁摩擦联合的传动装置，其特征在于：所述从动圆筒包括左筒体、中筒体和右筒体，左筒体和右筒体与中筒体的连接处分别形成以线圈槽，两励磁线圈分别位于两线圈槽内；所述外摩擦环也嵌设于该线圈槽内，并位于励磁线圈外侧。

7.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动磁流变液与电磁摩擦联合的传动装置，其特征在于：在推油活塞与导油槽之间设有第一密封圈，所述第一密封圈套设在推油活塞上。

8.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动磁流变液与电磁摩擦联合的传动装置，其特征在于：在推动段与容置槽之间设有第二密封圈，所述第二密封圈套设在推动端上。

9.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动磁流变液与电磁摩擦联合的传动装置，其特征在于：在主动轴上套设有左轴承端盖。

10.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动磁流变液与电磁摩擦联合的传动装置，其特征在于：所述从动轴的左端扩大形成右轴承端盖，该右轴承端盖通过连接螺栓与右端盖固定连接在一起。