CN109707759B - 电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置，包括主动轴、从动轴、左端盖、外圆筒以及右端盖；主动轴位于壳体内的部分形成传动段；在传动段的两端与左端盖和右端盖之间均设有一衔铁，所述衔铁、传动段以及壳体内壁之间填充有磁流变液；在衔铁上设有数根导向杆，在导向杆上套设有第一形状记忆合金弹簧；在传动段的周面上设有凹槽，在凹槽内设有推杆，在凹槽内还设有第二形状记忆合金弹簧，在推杆的外端固定有一内摩擦块，在壳体侧壁设有外摩擦环；在壳体的内壁上嵌设有励磁线圈。本发明能够有效提高整个传动装置传递转矩的效率，并保证整个传动装置传递的转矩稳定性，同时，能够降低整个传动装置的成本。

Description

电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置

技术领域

本发明涉及传动技术领域，尤其涉及一种电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置。

背景技术

磁流变液因其独特的力学性能，而在传动方面具有广阔的应用前景；如发明专利CN102562857A公开的“一种锥形挤压—剪切式磁流变离合器”，当主动轴转动时并给励磁线圈通入电流后，产生磁场，以磁流变液的周向剪切应力传递转矩，利用输出盘衔铁在磁场作用下产生磁通吸引衔铁，使衔铁挤压磁流变液，由于挤压效应，以达到增大磁流变液传递的转矩的目的；发明专利CN1424516A公开的“离心式磁流变液离合器”，它利用锥形离心滑块在离心力的作用下，挤压磁流变液，使磁流变液产生挤压强化效应，从而增大传递转矩；发明专利CN202451656U公开的“离心式闸块挤压磁流变离合器”，它在装有磁流变液的封闭腔体内的主动套筒上设置随主动套筒转动而挤压磁流变液的闸块，利用旋转时产生的离心力使闸块与壳体之间产生挤压从而增大磁流变液传递的转矩；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；发明名称CN103591234A“基于磁流变液和形状记忆合金的楔形挤压软启动装置”利用在主动盘上的顶杆挤压楔形间隙中磁流变液，由于楔形效应，挤压强化效应更明显，同时被挤压的磁流变液通过导油孔又给顶杆加压，增大了装置传递的转矩；发明专利CN105952810A“电磁挤压锥形式磁流变液自加压离合器”利用电磁磁力挤压磁流变液，由于挤压强化效应，使磁流变液传递的转矩增大，并且被挤压的磁流变液通过导油孔给滑块加压，使滑块的摩擦转矩增大。

虽然以上专利，利用挤压磁流变液，使装置传递转矩增大，或利用离心滑块的摩擦力增大装置传递的转矩；但还是存在以下不足：

1如何弥补温度升高，磁流变液性能下降，从而使装置传递转矩下降；

2转速较小时，离心力传递的摩擦转矩较小；

3.磁流变液通过导油孔给顶杆或滑块施加的压力，浪费了贵重的磁流变液材料。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置，能够有效提高整个传动装置传递转矩的效率，并保证整个传动装置传递的转矩稳定性，同时，能够降低整个传动装置的成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置，包括主动轴、从动轴、左端盖、外圆筒以及右端盖；所述左端盖、外圆筒以及右端盖依次相连形成壳体，所述主动轴通过轴承与左端盖和右端盖相连，且其左端穿过左端盖伸出壳体，所述从动轴与右端盖固定连接；其中，主动轴位于壳体内的部分直径扩大形成传动段；其特征在于：在传动段的两端分别设有一环形槽，该环形槽的轴心线与主动轴的轴心线重合，且环形槽的断面呈弧形；在传动段的两端与左端盖和右端盖之间均设有一衔铁，所述衔铁套设在主动轴上，其内孔与主动轴滑动配合，外壁对应与左端盖和右端盖滑动配合；该衔铁靠近传动段的一侧，对应环形槽的位置设有与环形槽相匹配的环形凸起；所述衔铁、传动段以及壳体内壁之间形成磁流变液工作腔，在磁流变液工作腔内填充有磁流变液；

在衔铁背离传动段的一侧绕其一周设有数根导向杆，在左端盖和右端盖上，对应导向杆的位置设有通孔；在左端盖和右端盖外侧，对应通孔的位置设有固定座，该固定座靠近导向杆的一侧具有导向槽，所述导向杆伸入该导向槽内，并与底座滑动配合连接；在通孔内还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导向杆上，其两端分别与固定座和衔铁相连，其中，在第一形状记忆合金弹簧的两端与固定座和衔铁之间均设有绝缘垫片；

在传动段的周面上设有两组凹槽组，所述凹槽组包括数个绕传动段一周设置的凹槽，所述凹槽的深度方向与主动轴的径向一致，该凹槽为变径槽，其里段为小径段，外段为大径段；在凹槽内设有一推杆，所述推杆的里端与凹槽的小径段滑动配合相连，外端扩大并与凹槽的大径段滑动配合；在凹槽内还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推杆上，其里端与凹槽外段的底部相连，外端与推杆的外端相连；在推杆的外端固定有一内摩擦块，在壳体侧壁上，对应内摩擦块的位置，嵌设有绕壳体一周的外摩擦环；

在传动段的两端，对应各凹槽小径段端部的位置分别设有一挤压槽，所述挤压槽的长度方向与主动轴的轴向方向一致，且其里端与凹槽小径段的端部相连通；在挤压槽的内设有一挤压杆，该挤压杆的外端扩大并与挤压槽滑动配合相连；在挤压槽的外端设有一挡圈，通过该挡圈能够将挤压杆限位；在凹槽的小径段和挤压槽内填充有硅油；

在壳体的内壁上，靠近两端处分别嵌设有一绕其一周的励磁线圈；两励磁线圈的两端以及各第一形状记忆合金弹簧的两端分别通过导线串联或并联在一起。

进一步地，在挡圈内设有滤布，通过该滤布能够将磁流变液中的磁性粒子与基础液分离。

进一步地，在外圆筒上设有与磁流变液工作腔相连通的第一注液孔，在第一注液孔内配合设有注液螺塞。

进一步地，在传动段的周面上，对应各挤压槽的位置分别设有一与挤压槽相连通的第二注液孔，且挤压杆沿挤压槽的长度方向移动过程中，该第二注液孔始终位于挤压杆的外端内侧；在第二注液孔内也配合设有注液螺塞。

进一步地，在凹槽小径段与挤压槽相对的一侧，对应挤压杆的位置设有定位槽，所述挤压杆的里端穿过凹槽小径段后伸入该定位槽内，并与定位槽滑动配合相连。

进一步地，所述固定座内侧与一凸台相连，所述导向槽设于该凸台上；所述衔铁对应通孔的位置成型有凸起，该凸起与通孔滑动配合相连，所述导向杆位于该凸起上。

进一步地，在衔铁与主动轴之间设有密封圈。

进一步地，两励磁线圈分别设于左端盖和外圆筒的连接处以及右端盖和外圆筒的连接处；所述外摩擦环位于励磁线圈内侧。

进一步地，在左端盖的外侧设有一透盖，该透盖套设在主动轴上，并与左端盖固定连接；在右端盖外侧设有一闷盖，所述闷盖与右端盖固定连接，所述从动轴与该闷盖固定连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、衔铁与传动段之间形成弧形间隙，这样填充磁流变液后，接触面积增大，从而配合摩擦滑块共同传递转矩，增大了装置传递转矩的效率，能提高转矩输出。

2、采用电磁及电热共同作用，挤压磁流变液，增大了磁流变液的挤压强化效应；从而能够进一步提高转矩输出。

3、本方案中，不仅能使圆筒与圆弧间隙中的磁流变液同时受磁场作用，而且使衔铁受磁场作用产生磁力而挤压磁流变液；从而能够进一步提高转矩输出。

4、当温度升高，磁流变液性能下降时，但第二形状记忆合金弹簧给内摩擦块的压力增大，能弥补磁流变液传递转矩下降的影响，保证了传动性能的稳定性。

5、通电后，第一形状记忆合金弹簧导电发热，从而推动衔铁移动，衔铁挤压磁流变液，能够增大磁流变效应；同时，能使磁流变液（中的基础液）推动挤压杆，通过挤压杆推动硅油，再通过硅油推动推杆，给内摩擦块施加压力，从而能够节省磁流变液的用量，从而有效降低了成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中局部A的放大图。

图3为图1中局部B的放大图。

图4为图1中局部C的放大图。

图5为图1沿D—D向的剖视图。

图中：1—主动轴，2—从动轴，3—左端盖，4—外圆筒，5—右端盖，6—传动段，7—衔铁，8—凸起，9—磁流变液，10—导向杆，11—固定座，12—第一形状记忆合金弹簧，13—绝缘垫片，14—推杆，15—第二形状记忆合金弹簧，16—内摩擦块，17—外摩擦环，18—挤压杆，19—挡圈，20—硅油，21—励磁线圈，22—透盖，23—闷盖。

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5，一种电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置，包括主动轴1、从动轴2、左端盖3、外圆筒4以及右端盖5。所述左端盖3、外圆筒4以及右端盖5依次相连形成壳体，所述主动轴1通过轴承与左端盖3和右端盖5相连，且其左端穿过左端盖3伸出壳体，所述从动轴2与右端盖5固定连接，且主动轴1的轴心线与从动轴2的轴心线重合。具体实施时，在左端盖3的外侧设有一透盖22，该透盖22套设在主动轴1上，并与左端盖3固定连接，并且，在透盖22与主动轴1之间设有毛毡圈；在右端盖5外侧设有一闷盖23，所述闷盖23与右端盖5固定连接，所述从动轴2与该闷盖23固定连接。这样更便于整个装置的装配加工，能够有效提高装配效率。

其中，主动轴1位于壳体内的部分直径扩大形成传动段6。在传动段6的两端分别设有一环形槽，该环形槽的轴心线与主动轴1的轴心线重合，且环形槽的断面呈弧形。在传动段6的两端与左端盖3和右端盖5之间均设有一衔铁7，所述衔铁7套设在主动轴1上，其内孔与主动轴1滑动配合，外壁对应与左端盖3和右端盖5滑动配合。该衔铁7靠近传动段6的一侧，对应环形槽的位置设有与环形槽相匹配的环形凸起8；所述衔铁7、传动段6以及壳体内壁之间形成磁流变液工作腔，在磁流变液工作腔内填充有磁流变液9。这样，磁流变液工作腔包括位于传动段6两端的弧形段和传动段6与壳体内壁之间的圆筒段；从而能够大大增加磁流变液9的接触面积，增大磁流变效应，提高输出转矩。在衔铁7与主动轴1之间设有密封圈；从而避免磁流变液9泄露。在外圆筒4上设有与磁流变液工作腔相连通的第一注液孔，在第一注液孔内配合设有注液螺塞；以便于加注磁流变液9。

在衔铁7背离传动段6的一侧绕其一周设有数根导向杆10，在左端盖3和右端盖5上，对应导向杆10的位置设有通孔。在左端盖3和右端盖5外侧，对应通孔的位置设有固定座11，该固定座11靠近导向杆10的一侧具有导向槽，所述导向杆10伸入该导向槽内，并与底座滑动配合连接。具体实施时，所述固定座11内侧与一凸台相连，所述导向槽设于该凸台上；所述衔铁7对应通孔的位置成型有凸起8，该凸起8与通孔滑动配合相连，所述导向杆10位于该凸起8上；从而使衔铁7装配更加方便；并且使衔铁7在移动过程中的稳定性更好。在通孔内还设有第一形状记忆合金弹簧12，所述第一形状记忆合金弹簧12套设在导向杆10上，其两端分别与固定座11和衔铁7相连。这样，通电后，第一形状记忆合金弹簧12导电发热，从而推动衔铁7移动，衔铁7挤压磁流变液9，能够增强磁流变效应，从而增大传递转矩的效率。其中，在第一形状记忆合金弹簧12的两端与固定座11和衔铁7之间均设有绝缘垫片13；从而防止第一形状记忆合金弹簧12通电后造成整个壳体及衔铁7导电，从而提高安全性，并且保证整个传动装置的正常运行。

在传动段6的周面上设有两组凹槽组，所述凹槽组包括数个绕传动段6一周设置的凹槽，所述凹槽的深度方向与主动轴1的径向一致，该凹槽为变径槽，其里段（靠近主动轴1轴心线的一段）为小径段，外段（靠近周面一段）为大径段。在凹槽内设有一推杆14，所述推杆14的里端与凹槽的小径段滑动配合相连，外端扩大并与凹槽的大径段滑动配合。在凹槽内还设有第二形状记忆合金弹簧15，该第二形状记忆合金弹簧15套设在推杆14上，其里端与凹槽外段的底部相连，外端与推杆14的外端相连；在推杆14的外端固定有一内摩擦块16，在壳体侧壁上，对应内摩擦块的位置，嵌设有绕壳体一周的外摩擦环17。当温度升高，磁流变液9性能下降时，第二形状记忆合金弹簧15给内摩擦块16的压力增大，能弥补磁流变液9传递转矩下降的影响，保证了传动性能的稳定性。

在传动段6的两端，对应各凹槽小径段端部的位置分别设有一挤压槽，所述挤压槽的长度方向与主动轴1的轴向方向一致，且其里端与凹槽小径段的端部相连通。在挤压槽的内设有一挤压杆18，该挤压杆18的外端扩大并与挤压槽滑动配合相连；在挤压槽的外端设有一挡圈19，通过该挡圈19能够将挤压杆18限位；以防止挤压杆18的外端从挤压槽的移动到外端外侧。具体实施时，在挡圈19内设有滤布，通过该滤布能够将磁流变液9中的磁性粒子与基础液分离；这样，在衔铁7向扩大段方向移动的过程中，能够挤压磁流变液9，使磁流变液9中的基础液进入挤压槽内，从而使磁流变液9中的磁性粒子的密度增大，进一步增大磁流变效应，增强转矩输出；同时，基础液能够推动挤压杆18移动。在凹槽的小径段和挤压槽内填充有硅油20；当基础液推动挤压杆18移动时，挤压杆18挤压硅油20，从而通过硅油20推动推杆14，使内摩擦块16与外摩擦环17之间的挤压力增大，进而使摩擦力增大，也能够更好地提高转矩地传递。其中，为避免硅油20泄漏，在挤压杆18与挤压槽之间，以及推杆14与凹槽的小径段之间也设有密封圈。在传动段6的周面上，对应各挤压槽的位置分别设有一与挤压槽相连通的第二注液孔，且挤压杆18沿挤压槽的长度方向移动过程中，该第二注液孔始终位于挤压杆18的外端内侧；在第二注液孔内也配合设有注液螺塞；从而便于加注硅油20。实际加工过程中，在凹槽小径段与挤压槽相对的一侧，对应挤压杆18的位置设有定位槽，所述挤压杆18的里端穿过凹槽小径段后伸入该定位槽内，并与定位槽滑动配合相连；这样，既能够保证挤压杆18移动的稳定性，又能够限定挤压杆18的移动距离，从而避免造成第二注液孔内的硅油20与磁流变液9（基础液）混合。

在壳体的内壁上，靠近两端处分别嵌设有一绕其一周的励磁线圈21；其中，两励磁线圈21分别设于左端盖3和外圆筒4的连接处以及右端盖5和外圆筒4的连接处；所述外摩擦环17位于励磁线圈21内侧；这样，装配加工更加方便、快捷，并且稳定性更好；同时，能使励磁线圈21产生的磁场更好地作用于衔铁7，使衔铁7受磁场作用产生磁力而挤压磁流变液9；以进一步提高转矩输出。两励磁线圈21的两端以及各第一形状记忆合金弹簧12的两端分别通过导线串联或并联在一起；这样，通电后，第一形状记忆合金弹簧12也导电并发热，从而快速产生变形，能够快速实现大转矩地输出。

本方案中：

初始时，主动轴1转动时，推杆14及内摩擦块16在离心力作用下，克服弹簧的拉力，但只与外摩擦环17接触，而不产生压力；励磁线圈21未通电，依靠磁流变液9零磁场下的粘性剪切应力传递的粘性转矩很小，不能带动从动轴2转动，装置处于分离状态。

当励磁线圈21通电时，在工作间隙里磁流变液9中的磁性颗粒沿磁通方向排列成链状结构，磁流变液9的剪切应力增大，依靠磁流变液9的剪切应力传递的转矩能带动从动轴2转动；同时，衔铁7在电磁力作用下，沿磁通方向挤压磁流变液9中的磁性颗粒，由于挤压强化效应，使磁流变液9的剪切屈服应力增大；并且，第一形状记忆合金弹簧12在导电后，迅速发热，也使形状记忆合金弹簧产生挤压力，而挤压磁流变液9，更增大了挤压强化效应。

在凹槽的小径段内设有硅油20，当衔铁7挤压磁流变液9时，磁流变液9中的基础液推动挤压杆18，挤压杆18再挤压硅油20，硅油20再挤压推杆14，使内摩擦块16紧顶外摩擦环17，依靠内摩擦块16与外摩擦环17的摩擦力传递转矩。因此，该装置依靠电磁及电热形状记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦力联合传动，极大地增大力传递的转矩。

当整个装置的温度升高，磁流变液9性能下降时，第二形状记忆合金弹簧15受热伸长，推动推杆14的力增大，从而使内摩擦块16与外摩擦环17之间的压力增大，进而增加摩擦力，从而能弥补磁流变液9传递转矩下降的影响，保证了传动性能的稳定性。

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 (9)

1.一种电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置，包括主动轴、从动轴、左端盖、外圆筒以及右端盖；所述左端盖、外圆筒以及右端盖依次相连形成壳体，所述主动轴通过轴承与左端盖和右端盖相连，且其左端穿过左端盖伸出壳体，所述从动轴与右端盖固定连接；其中，主动轴位于壳体内的部分直径扩大形成传动段；其特征在于：在传动段的两端分别设有一环形槽，该环形槽的轴心线与主动轴的轴心线重合，且环形槽的断面呈弧形；在传动段的两端与左端盖和右端盖之间均设有一衔铁，所述衔铁套设在主动轴上，其内孔与主动轴滑动配合，外壁对应与左端盖和右端盖滑动配合；该衔铁靠近传动段的一侧，对应环形槽的位置设有与环形槽相匹配的环形凸起；所述衔铁、传动段以及壳体内壁之间形成磁流变液工作腔，在磁流变液工作腔内填充有磁流变液；

在衔铁背离传动段的一侧绕其一周设有数根导向杆，在左端盖和右端盖上，对应导向杆的位置设有通孔；在左端盖和右端盖外侧，对应通孔的位置设有固定座，该固定座靠近导向杆的一侧具有导向槽，所述导向杆伸入该导向槽内，并与底座滑动配合连接；在通孔内还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导向杆上，其两端分别与固定座和衔铁相连，其中，在第一形状记忆合金弹簧的两端与固定座和衔铁之间均设有绝缘垫片；

在传动段的周面上设有两组凹槽组，所述凹槽组包括数个绕传动段一周设置的凹槽，所述凹槽的深度方向与主动轴的径向一致，该凹槽为变径槽，其里段为小径段，外段为大径段；在凹槽内设有一推杆，所述推杆的里端与凹槽的小径段滑动配合相连，外端扩大并与凹槽的大径段滑动配合；在凹槽内还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推杆上，其里端与凹槽外段的底部相连，外端与推杆的外端相连；在推杆的外端固定有一内摩擦块，在壳体侧壁上，对应内摩擦块的位置，嵌设有绕壳体一周的外摩擦环；

在传动段的两端，对应各凹槽小径段端部的位置分别设有一挤压槽，所述挤压槽的长度方向与主动轴的轴向方向一致，且其里端与凹槽小径段的端部相连通；在挤压槽的内设有一挤压杆，该挤压杆的外端扩大并与挤压槽滑动配合相连；在挤压槽的外端设有一挡圈，通过该挡圈能够将挤压杆限位；在凹槽的小径段和挤压槽内填充有硅油；

在壳体的内壁上，靠近两端处分别嵌设有一绕其一周的励磁线圈；两励磁线圈的两端以及各第一形状记忆合金弹簧的两端分别通过导线串联或并联在一起。

2.根据权利要求1所述的电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置，其特征在于：在挡圈内设有滤布，通过该滤布能够将磁流变液中的磁性粒子与基础液分离。

3.根据权利要求1所述的电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置，其特征在于：在外圆筒上设有与磁流变液工作腔相连通的第一注液孔，在第一注液孔内配合设有注液螺塞。

4.根据权利要求1所述的电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置，其特征在于：在传动段的周面上，对应各挤压槽的位置分别设有一与挤压槽相连通的第二注液孔，且挤压杆沿挤压槽的长度方向移动过程中，该第二注液孔始终位于挤压杆的外端内侧；在第二注液孔内也配合设有注液螺塞。

5.根据权利要求1所述的电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置，其特征在于：在凹槽小径段与挤压槽相对的一侧，对应挤压杆的位置设有定位槽，所述挤压杆的里端穿过凹槽小径段后伸入该定位槽内，并与定位槽滑动配合相连。

6.根据权利要求1所述的电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置，其特征在于：所述固定座内侧与一凸台相连，所述导向槽设于该凸台上；所述衔铁对应通孔的位置成型有凸起，该凸起与通孔滑动配合相连，所述导向杆位于该凸起上。

7.根据权利要求1所述的电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置，其特征在于：在衔铁与主动轴之间设有密封圈。

8.根据权利要求1所述的电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置，其特征在于：两励磁线圈分别设于左端盖和外圆筒的连接处以及右端盖和外圆筒的连接处；所述外摩擦环位于励磁线圈内侧。

9.根据权利要求1所述的电磁热记忆合金挤压的圆弧式磁流变与摩擦传动装置，其特征在于：在左端盖的外侧设有一透盖，该透盖套设在主动轴上，并与左端盖固定连接；在右端盖外侧设有一闷盖，所述闷盖与右端盖固定连接，所述从动轴与该闷盖固定连接。

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