CN109737154A - 一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器，包括主动轴、滚珠轴承、端盖、主动盘、壳体、从动盘、螺栓、磁流变脂、从动轴、永磁体、隔离环。主动轴和从动轴分别与主动盘和从动盘固连；主动轴和从动轴通过滚珠轴承与端盖联接，形成转动副；主动盘和从动盘都开有环形凹槽，永磁体安装在该环形凹槽里面，并通过隔离环将永磁体与磁流变脂相隔离；主动盘和从动盘外径设有凸台，凸台表面形貌为齿形状；主动盘和从动盘之间通过齿形状凸台配合形成一个腔室，磁流变脂置放于该腔室中。本发明不需要另加供电装置，且外载荷小于传递扭矩的时起动力传递作用，反之则起到过载安全保护的作用，同时具有减振作用。

Description

一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器

技术领域

本发明属于安全防护动力传递装置，具体涉及一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器。

背景技术

传统联轴器分为刚性联轴器和具有一定轴向、径向和角度误差可调的绕挠性联轴器。前者由于具有结构简单、成本低、可传递较大转矩的优点，在机械传动装置中广泛应用。后者使用了一些粘弹性元件，具有一定的吸收和减振的能力，在一些工作环境要求较高的场合得以应用。这两种联轴器在工作过程中没有过载保护的功能。

随着机械行业的发展，其对机械系统组成元件的要求越来越高，其中包括元件的力学性能、精度、多功能化以及自动防故障性能、旋转减振以及安全保护功能等。在这些性能中自动防故障是工作人员在操作过程中人身安全的保障，同时能够保证设备的正常运行。因此，“一种极限扭矩联轴器”(专利号：200910272344)公开了一种极限扭矩联轴器,该联轴器使用新型智能材料磁流变液作为传递介质,联轴器的励磁线圈与集流环相连,电源与集流环相连,通过调节电源的输出电压或输出电流,从而改变励磁线圈的通电电压或通电电流的大小,以此来控制磁流变液工作区的磁感应强度大小及剪切应力的大小,实现对联轴器传递扭矩的可控可调。然而，此联轴器虽然力矩可调,但使用电流励磁,耗能且效率低。为了克服这个问题，一种永磁型磁流变液极限扭矩联轴器(专利号：201010501932.6)公开了一种永磁型磁流变联轴器。其关键结构如下：主动转筒的内壁上均匀分布有8～24个转筒梯形槽，从动转子的圆柱体上均匀分布着相同数量的转子梯形槽，转筒梯形槽和转子梯形槽内分别嵌有转筒永磁体和转子永磁体，转筒永磁体和转子永磁体的极性朝向相反，转筒永磁体和转子永磁体的安装位置的外侧分别装有转筒隔离片和转子隔离片，磁流变材料安置在转筒和转子之间的间隙。该联轴器能够实现零耗能，但由于永磁体排列问题，使得磁流变材料所在区域无法达到最优磁路，最终降低最大输出扭矩。再者，(专利号：201610243330.2)公布了一种联轴器，其关键技术“给永磁铁罩体通电产生强烈的电磁场，依靠磁流变液作为传力介质，通过选用永磁体提供磁源，使磁流变液发生固化反应，以此提供足够的动态剪切屈服应力传递扭矩。”说明书上没有对永磁体的排列方式进行技术描述，同样是的磁流变液无法达到最大输出剪切屈服应力。该发明所使用的磁流变液具有挥发性，不适合长期使用。说明书种所述的外加永磁体罩体会增加联轴器的体积和重要，提生产成本。

本发明一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器预采用磁流变脂为传力介质，永磁体为激励源，永磁体之间的排列规律为轴向磁场和径向磁场相互交替排列，能够最大限度提高磁流变脂所在区域的磁感应强度，进而提高联轴器最大输出扭矩，且具有无耗能、结构简单的特点。

磁流变脂的流变性能与磁流变液相近。在外加磁场作用下系统瞬间变成类固体状态，从而具有一定的剪切屈服应力。去掉外加磁场后，又变成原来的类似润滑脂的状态，此过程连续、可逆。磁流变脂相比于磁流变液具有更加稳定的物理结构，内部颗粒不会发生沉降和团聚。其剪切应力随外加磁场强度的变化满足Binghan模型，具体表达如下：

式中，τ为材料的剪切应力；τ_y(B)为材料的剪切屈服应力，与磁场有关；η为材料的粘度；r为转盘半径；w为转盘角速度；h为两转盘之间的间隙。

发明内容

1、本发明的目的

本发明提供一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器，该联轴器以磁流变脂为传力介质、以永磁体为激励源。通过永磁体在磁流变脂所在空间产生磁场，使得磁流变脂具有一定的剪切屈服应力，进而能够传递一定的扭矩。此外，更重要的是，永磁体之间的排列规律为轴向磁场和径向磁场相互交替排列，能够最大限度提高磁流变脂所在区域的磁感应强度，进而提高联轴器最大输出扭矩。该产品不需要外界提供能量，具有结构简单、紧凑，操作方便，成本低的特点。

2.本发明所采用的技术解决方案

本发明提出的一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器，包括主动轴、滚珠轴承、端盖、主动盘、壳体、从动盘、螺栓、磁流变脂、从动轴、永磁体、隔离环；

主动轴和从动轴分别与主动盘和从动盘固连；主动轴和从动轴通过滚珠轴承与端盖联接，形成转动副；主动盘和从动盘都开有环形凹槽，永磁体安装在该环形凹槽里面，并通过隔离环将永磁体与磁流变脂相隔离；所述永磁体为多个，每个永磁体为环状，并且成同心同平面排列，永磁体之间的排列规律为轴向磁场和径向磁场相互交替排列，产生的磁场主要集中于一侧；

动盘和从动盘外径设有凸台，凸台表面形貌为齿形状；主动盘和从动盘之间通过齿形状凸台配合形成一个腔室，磁流变脂置放于该腔室中。

更进一步，所述永磁体有四个，且宽度一致。

更进一步，所述主动轴、从动轴、主动盘、从动盘、端盖和壳体为非导磁铝合金材料；所述隔离环为聚氨酯材料。

更进一步，所述主动盘和从动盘分别设置滚珠轴承、端盖、隔离环。

更进一步，所述磁流变脂内部磁性颗粒为羰基铁粉。

更进一步，端盖与壳体通过螺栓固定连接。

3、本发明的有益效果

本发明所提出的联轴器以磁流变脂为传力介质、以永磁体为激励源。通过永磁体在磁流变脂所在空间产生磁场，使得磁流变脂具有一定的剪切屈服应力，进而能够传递一定的扭矩。此外，更重要的是，永磁体之间的排列规律为轴向磁场和径向磁场相互交替排列，能够最大限度提高磁流变脂所在区域的磁感应强度，进而提高联轴器最大输出扭矩。另外，根据外界工作要求可以更换永磁体的材料，从而调节永磁体的磁性来达到调控传递扭矩范围的目地，该产品不需要外界提供能量，具有结构简单、紧凑，操作方便，成本低的特点。

附图说明

图1为本发明一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器的整体结构示意图。

图2为本发明一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器永磁体之间轴向磁场和径向磁场相互交替排列方式示意图。

图3为本发明一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器中磁流变脂的剪切力随磁场变化曲线。

图4为永磁体普通排列方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1中，本发明所述的一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器，包括主动轴1、滚珠轴承2、端盖3、主动盘4、壳体5、从动盘6、螺栓7、磁流变脂8、从动轴9、永磁体10、隔离环11。

结合图1和图2，主动轴1和从动轴9分别与主动盘4和从动盘6固连；主动轴1和从动轴9通过滚珠轴承2与端盖3联接，形成转动副；端盖3与壳体5通过螺栓7固定连接；主动盘4和从动盘6都开有环形凹槽，永磁体10安装在该环形凹槽里面，并通过隔离环11将永磁体10与磁流变脂8相隔离；主动盘4和从动盘6外径设有凸台12，凸台12表面形貌为齿形状；主动盘4和从动盘6之间通过齿形状凸台12配合形成一个腔室，磁流变脂8置放于该腔室中。主动轴1、从动轴9、主动盘4、从动盘6、端盖3和壳体5为非导磁铝合金材料；隔离环11为聚氨酯材料。滚珠轴承2有两个、端盖3有两个、隔离环11有两个。永磁体10有四个，每个永磁体10为环状，并且成同心同平面排列，永磁体10之间的排列规律为轴向磁场和径向磁场相互交替排列。磁流变脂8内部磁性颗粒为羰基铁粉。

结合图1-图3，本发明具体实施过程如下：永磁体10产生磁场，作用在磁流变脂8所在区域，磁流变脂8发生流变效应，从而具有一定的剪切屈服应力，剪切应力随磁场强度变化曲线，从图3中可以看出磁流变脂的饱和剪切应力能够达到65kPa以上。进而将主动盘1和从动盘9柔性固定在一起，使得联轴器具有一定的极限转矩，能够传递一定范围的扭矩。当外界负载大于该极限转矩的时候，主动盘1和从动盘9分离，起到过载安全防护的作用，反之，则正常运行。永磁体10之间的排列规律为轴向磁场和径向磁场相互交替排列，该排列方式能够在同等情况下产生的磁场主要集中于一侧，进而大大增大了转盘一侧磁流变脂8的剪切屈服应力。另外，根据外界工作要求可以更换永磁体10的材料，从而调节永磁体10的磁性来达到调控传递扭矩范围的目地。

通过实验测试，测试环境分别是永磁体为普通排列方式(图4所示)和永磁体为本发明排列方式下，对本发明所述的一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器内部磁流变脂的剪切屈服应力以及联轴器的输出扭矩进行测试，并做了对比，具体结果如表1所示。

表1

永磁体排列方式	普通排列	本发明排列
			磁流变脂剪切屈服应力	45kPa	61kPa
联轴器输出扭矩	11.2Nm	15.6Nm

可以发现，在其它测试环境一样的情况下，本发明永磁体排列方式比普通永磁体排列方式能够产生更大的磁流变脂剪切屈服应力和联轴器的输出扭矩。

Claims (6)

1.一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器，其特征在于：包括主动轴(1)、滚珠轴承(2)、端盖(3)、主动盘(4)、壳体(5)、从动盘(6)、螺栓(7)、磁流变脂(8)、从动轴(9)、永磁体(10)、隔离环(11)；

主动轴(1)和从动轴(9)分别与主动盘(4)和从动盘(6)固连；主动轴(1)和从动轴(9)通过滚珠轴承(2)与端盖(3)联接，形成转动副；主动盘(4)和从动盘(6)都开有环形凹槽，永磁体(10)安装在该环形凹槽里面，并通过隔离环(11)将永磁体(10)与磁流变脂(8)相隔离；所述永磁体(10)为多个，每个永磁体(10)为环状，并且成同心同平面排列，永磁体(10)之间的排列规律为轴向磁场和径向磁场相互交替排列，产生的磁场主要集中于一侧；

动盘(4)和从动盘(6)外径设有凸台(12)，凸台(12)表面形貌为齿形状；主动盘(4)和从动盘(6)之间通过齿形状凸台(12)配合形成一个腔室，磁流变脂(8)置放于该腔室中。

2.根据权利要求1所述一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器，其特征在于：所述永磁体(10)有四个，且宽度一致。

3.根据权利要求1所述一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器，其特征在于：所述主动轴(1)、从动轴(9)、主动盘(4)、从动盘(6)、端盖(3)和壳体(5)为非导磁铝合金材料；所述隔离环(11)为聚氨酯材料。

4.根据权利要求1所述一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器，其特征在于：所述主动盘和从动盘分别设置滚珠轴承(2)、端盖(3)、隔离环(11)。

5.根据权利要求1所述一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器，其特征在于：所述磁流变脂(8)内部磁性颗粒为羰基铁粉。

6.根据权利要求1所述一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器，其特征在于：端盖(3)与壳体(5)通过螺栓固定连接。