CN109854637B - 一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器，包括输入轴、滚珠轴承、输出转筒、输入转筒、预紧弹簧、密封圈、磁流变脂、输入轴套、输出轴、永磁体、活塞。输入转筒置于输出转筒内腔中，它们通过滚珠轴承联接。磁流变脂充满在输入转筒与输出转筒之间的间隙内，并通过密封圈密封。输出转筒设有一个加料通道。输入转筒设有一个内腔，输入轴套部分置于该内腔里面，并与输入转筒固连。预紧弹簧和永磁体置于输入转筒内腔中。预紧弹簧一端固定在输入转筒内腔内壁，另一端与永磁体固连。输入轴套设有一个腔室，活塞置于该腔室中。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。

Description

一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器

技术领域

本发明属于安全动力传递装置，具体涉及一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器。

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，但是传递扭矩不可调，也无法实现自动防故障功能。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扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器预采用磁流变脂为传力介质，永磁体为激励源，实现扭矩可控具有自动防故障功能，且无耗能、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扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器，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，通过调节永磁体的位置来控制磁流变脂的流变程度，最终控制极限传递扭矩，实现联轴器的自动安全防护功能。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

本发明提出了一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器，包括输入轴、滚珠轴承、输出转筒、输入转筒、预紧弹簧、密封圈、磁流变脂、输入轴套、输出轴、永磁体、活塞。输入转筒置于输出转筒内腔中，它们通过滚珠轴承联接形成滚动副；磁流变脂充满在输入转筒与输出转筒之间的靠近加料通道一边的间隙内，并通过密封圈密封。输出转筒设有一个与磁流变脂所在间隙相连的加料通道；输入转筒设有一个内腔，输入轴套部分置于内腔里面，并与输入转筒固连；预紧弹簧和永磁体置于输入转筒内腔中，预紧弹簧一端固定在输入转筒内腔内壁，另一端与永磁体固连，永磁体与输入转筒内壁形成滑动副；输入轴套设有一个腔室，活塞置于腔室中，并于腔室内壁形成滑动副；永磁体有多个，每个永磁体外形为90°的扇形，且每个永磁体设有凹槽；磁流变脂内部磁性颗粒为羰基铁粉输入轴与活塞通过螺纹连接，输入轴与输入轴套过盈连接，并于输入轴套内壁形成滑动副，输出轴与输出转筒过盈连接，并于输出转筒内壁形成滑动副。

更进一步，输出转筒为软磁低碳钢材料，输入转筒为非导磁铝材料，永磁体为强磁铷铁硼磁体。

更进一步，输入轴、输出轴、输入轴套、预紧弹簧均采用非导磁不锈钢材料。滚动轴承有两个、密封圈有三个。

更进一步，永磁体有四个。

更进一步，所述磁流变脂内部磁性颗粒为羰基铁粉。

3、本发明的有益效果

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，通过调节永磁体的位置来控制磁流变脂的流变程度，最终控制极限传递扭矩，实现联轴器的自动安全防护功能。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扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器的整体结构示意图。

图2和图3分别为本发明一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器工作时永磁体的两个位置示意图。

图4为本发明一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器的永磁体结构及其布置示意图。

图5为本发明一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器中磁流变脂的剪切力随磁场变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明所述的一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器，包括输入轴1、滚珠轴承2、输出转筒3、输入转筒4、预紧弹簧5、密封圈6、磁流变脂7、输入轴套9、输出轴10、永磁体11、活塞14。

输入转筒4置于输出转筒3内腔中，它们通过滚珠轴承2联接形成滚动副；磁流变脂7充满在输入转筒4与输出转筒3之间的靠近加料通道8一边的间隙内，并通过密封圈6密封；输出转筒3设有一个与磁流变脂7所在间隙相连的加料通道8；输入转筒4设有一个内腔12，输入轴套9部分置于内腔12里面，并与输入转筒4固连；预紧弹簧5和永磁体11置于输入转筒4内腔中，预紧弹簧5一端固定在输入转筒4内腔内壁，另一端与永磁体11固连，永磁体11与输入转筒4内壁形成滑动副；输入轴套9设有一个腔室13，活塞14置于腔室13中，并于腔室13内壁形成滑动副；输入轴1与活塞14通过螺纹连接，输入轴1与输入轴套9过盈连接，并于输入轴套9内壁形成滑动副，输出轴10与输出转筒3过盈连接，并于输出转筒3内壁形成滑动副；输出转筒3为软磁低碳钢材料，输入转筒4为非导磁铝材料，永磁体11为强磁铷铁硼磁体；输入轴1、输出轴10、输入轴套9、预紧弹簧5均采用非导磁不锈钢材料；滚动轴承2有两个、密封圈6有三个；磁流变脂7内部磁性颗粒为羰基铁粉

结合图1和图4，本发明所述的一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器，永磁体11有四个，每个永磁体11外形为90°的扇形，且每个永磁体11设有凹槽。

结合图1-图5，具体操作过程如下：永磁体11布置方式如图4所示，相连永磁体11磁极不一样，这样一来相连永磁体11能够产生闭合回路的磁场。当活塞14在如图2所在位置时，此时活塞14远离磁流变脂7，磁场对磁流变脂7的作用非常小，从而使得联轴器的传递扭矩主要靠密封摩擦和轴承摩擦产生，扭矩非常小。但通过输入轴调节活塞14的位置产生气压带动永磁体11的位置发生变化。当永磁体11位于如图3所示的位置时，磁场对磁流变脂7具有一定的影响，磁流变脂7产生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。最终使得联轴器可传递的扭矩增大。但外界负载大于该扭矩时，输入转筒4和输出转筒3发生相对转动，保护电机和齿轮从而实现限矩的功能。当调节活塞14使得永磁体11的位置如图1所示的位置，磁场对磁流变脂7的作用最大，联轴器达到了最大的传递扭矩。由于活塞14的位置可连续、可逆发生变化，进而使得永磁体11的位置也发生连续、可逆变化，因此，该联轴器的限矩调节具有连续、可逆的特点。

Claims (6)

1.一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器，其特征在于：包括输入轴(1)、滚珠轴承(2)、输出转筒(3)、输入转筒(4)、预紧弹簧(5)、密封圈(6)、磁流变脂(7)、输入轴套(9)、输出轴(10)、永磁体(11)、活塞(14)；输入转筒(4)置于输出转筒(3)内腔中，它们通过滚珠轴承(2)联接形成滚动副；磁流变脂(7)充满在输入转筒(4)与输出转筒(3)之间的靠近加料通道(8)一边的间隙内，并通过密封圈(6)密封；输出转筒(3)设有一个与磁流变脂(7)所在间隙相连的加料通道(8)；输入转筒(4)设有一个内腔(12)，输入轴套(9)部分置于内腔(12)里面，并与输入转筒(4)固连；预紧弹簧(5)和永磁体(11)置于输入转筒(4)内腔中，预紧弹簧(5)一端固定在输入转筒(4)内腔内壁，另一端与永磁体(11)固连，永磁体(11)与输入转筒(4)内壁形成滑动副；所述永磁体(11)有多个，每个永磁体(11)外形为90°的扇形，且每个永磁体(11)设有凹槽；输入轴套(9)设有一个腔室(13)，活塞(14)置于腔室(13)中，并于腔室(13)内壁形成滑动副；输入轴(1)与活塞(14)通过螺纹连接，输入轴(1)与输入轴套(9)过盈连接，并于输入轴套(9)内壁形成滑动副，输出轴(10)与输出转筒(3)过盈连接，并于输出转筒(3)内壁形成滑动副。

2.根据权利要求1所述一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器，其特征在于：所述输出转筒(3)为软磁低碳钢材料，所述输入转筒(4)为非导磁铝材料，所述永磁体(11)为强磁铷铁硼磁体。

3.根据权利要求1所述一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器，其特征在于：所述输入轴(1)、输出轴(10)、输入轴套(9)、预紧弹簧(5)均采用非导磁不锈钢材料。

4.根据权利要求1所述一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器，其特征在于：所述滚珠轴承(2)有两个、所述密封圈(6)有三个。

5.根据权利要求1所述一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器，其特征在于：所述永磁体(11)有四个。

6.根据权利要求1所述一种永磁激励的扭矩可控的磁流变过载保护安全联轴器，其特征在于：所述磁流变脂(7)内部磁性颗粒为羰基铁粉。

Images