CN110701237A - 一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置，包括杆轴、套筒、端盖、壳体、转盘、电磁线圈、磁流变液、压缩弹簧、密封圈、隔离圈、螺栓；所述的壳体为空心圆柱壳体，其上下两端通过端盖密封，所述的上下端盖中心轴分别设置套筒，并且套筒外圈与端盖内圈形成过盈配合；上下端盖的套筒从上至下贯穿设置杆轴，杆轴位于壳体的中部设置转盘，所述转盘开有凹槽，电磁线圈缠绕在该凹槽内部；所述转盘上下空间设置弹簧，所述压缩弹簧一端固定在端盖上，另一端与转盘表面接触配合；所述端盖、壳体、套筒、杆轴及转盘形成一个密封腔室，所述磁流变液充满于该密封腔室。本发明能够在两个方向同时具有传力特性。

Description

一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置
技术领域
本发明属于动力传递设备，具体涉及一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置。
背景技术
磁流变液是由微米级铁磁性颗粒、基液、添加剂组成。在零磁场强度条件下，磁流变液表现为流动性好，黏度低的New ton流体，当有外加磁场的条件下，磁流变液瞬时(毫秒量级)向高黏度、低流动性的Bingham流体过渡。研究表明磁流变液的剪切屈服应力可达到50—100KP，工作温度范围在-40℃—150℃之间，磁流变液的可逆循环变化次数大约为300万次,因此，磁流变装置具有寿命长、反应迅速、工作温度范围宽等特点。
磁流变液以其优越的流变性能在减振抑振、机械传动、精密加工及密封等多个工程领域有着广阔的应用前景，其中以磁流变液为传力介质研制磁流变传力器件是磁流变液应用技术研究的一个重要分支。
目前，磁流变阻尼器按其工作方式可分为活塞式磁流变阻尼器和旋转式磁流变阻尼器。活塞式磁流变阻尼器研究较早，其结构设计、力学模型的研究较为成熟。但是，有些应用场合，如康复机器人，变速与制动/传动系统等，要求阻尼器能够提供连续旋转的可控阻尼力/力矩，因此，具有集成活塞式磁流变阻尼器传力和旋转式磁流变阻尼器传力矩功能的研究具有重要的应用意义。
工作在剪切模式下，磁流变液的剪切力可以用Bingham模型描述，表达如下：
式中：τ为流体的剪切应力；τy为磁致剪切屈服应力；η为和磁场强度无关的液体屈服后黏度(实测的屈服后剪切应力的斜率)；
Figure BDA0001724805120000012
流体剪切速率。
发明内容
1本发明的目的
本发明的目的在于提供一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置，将力和力矩传递功能集成在一个装置中，并且在该装置中加入两个压缩弹簧，使得产生两个方向的回复力，因此该装置能够在两个方向同时具有传力特性，最终得到一个能够进行力或力矩传动装置。
2、实现本发明目的的技术解决方案为：
本发明提出了一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置，其特征在于：包括杆轴、套筒、端盖、壳体、转盘、电磁线圈、磁流变液、压缩弹簧、密封圈、隔离圈、螺栓；所述的壳体为空心圆柱壳体，其上下两端通过端盖密封，所述的上下端盖中心轴分别设置套筒，并且套筒外圈与端盖内圈形成过盈配合；上下端盖的套筒从上至下贯穿设置杆轴，杆轴位于壳体的中部设置转盘，所述转盘开有凹槽，电磁线圈缠绕在该凹槽内部；所述转盘上下空间设置弹簧，所述压缩弹簧一端固定在端盖上，另一端与转盘表面接触配合；所述端盖、壳体、套筒、杆轴及转盘形成一个密封腔室，所述磁流变液充满于该密封腔室。
更进一步具体实施方式中，所述的端盖与壳体之间，套筒与端盖之间、套筒与杆轴之间通过密封圈密封。
更进一步具体实施方式中，还包括隔离圈套装在电磁线圈外部，将磁流变液与电磁线圈隔离。
更进一步具体实施方式中，所述转盘和壳体采用低碳钢顺磁材料。
更进一步具体实施方式中，所述的端盖、套筒及杆轴采用高硬度铝合金材料。
更进一步具体实施方式中，所述的端盖与壳体之间通过螺栓固定安装。
更进一步具体实施方式中，力矩传动的屈服应力与磁感应强度的关系如下：
τy＝αHβ
τy为剪切屈服应力，H为磁场强度，α、β为系数。
为提高密封性能所述的壳体为凸型台壳体和端盖为U型盖相嵌式密封。
3、本发明的有益效果。
本发明将力和力矩传递功能集成在一个装置中，并且在该装置中加入两个压缩弹簧，使得产生两个方向的回复力，因此该装置能够在两个方向同时具有传力特性，最终得到一个能够进行力或力矩传动装置。
附图说明
图1为本发明一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置的整体结构示意图。
图2为本发明动态旋转示意图。
图3为本发明屈服应力与磁感应强度的关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
图1，本发明所述的一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置包括杆轴1、套筒2、端盖3、壳体4、转盘5、电磁线圈6、磁流变液7、压缩弹簧8、密封圈9、隔离圈10、螺栓11。
端盖3与壳体4之间嵌入密封圈9，并且端盖3与壳体4通过螺栓11链接；端盖3与套筒2之间嵌入密封圈9，并且套筒2外圈与端盖3内圈形成过盈配合；套筒2与杆轴1之间嵌入密封圈9，并且杆轴1外圈与套筒2内圈形成间隙配合；转盘5开有凹槽，电磁线圈6缠绕在该凹槽内部，转盘5固定在杆轴1上面；压缩弹簧8一端固定在端盖3上，另一端与转盘5表面接触配合；端盖3、壳体4、套筒2、杆轴1及转盘5形成一个密封腔室，磁流变液7充满于该密封腔室，并通过隔离圈10将磁流变液7与电磁线圈6隔离。转盘5和壳体4采用低碳钢顺磁材料，端盖3、套筒2及杆轴1采用高硬度铝合金材料。
实施例2
本发明提出了一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置，包括杆轴1、套筒2、端盖3、壳体4、转盘5、电磁线圈6、磁流变液7、压缩弹簧8、密封圈9、隔离圈10、螺栓1；所述的壳体4为空心圆柱壳体，其上下两端通过端盖3密封，所述的壳体4为凸型台壳体和端盖3为U型盖相嵌式密封，使之壳体外表面为同一平面。所述的上下端盖3中心轴分别设置套筒2，并且套筒2外圈与端盖3内圈形成过盈配合；上下端盖3的套筒2从上至下贯穿设置杆轴1，杆轴1位于壳体4的中部设置转盘5，所述转盘5开有凹槽，电磁线圈6缠绕在该凹槽内部；所述转盘5上下空间设置弹簧8，所述压缩弹簧8一端固定在端盖3上，另一端与转盘5表面接触配合；所述端盖3、壳体4、套筒2、杆轴1及转盘5形成一个密封腔室，所述磁流变液7充满于该密封腔室。
所述的端盖3与壳体4之间，套筒2与端盖3之间、套筒2与杆轴1之间通过密封圈密封。隔离圈10套装在电磁线圈6外部，将磁流变液7与电磁线圈6隔离。所述转盘5和壳体4采用低碳钢顺磁材料、所述的端盖3、套筒2及杆轴1采用高硬度铝合金材料、所述的端盖3与壳体4之间通过螺栓11固定安装。
屈服应力与磁感应强度的关系如下：
τy＝αHβ
τy为剪切屈服应力，H为磁场强度，α、β为系数。
工作过程：
结合图1和图2，根据用户需要控制流入电磁线圈6的电流大小，在转盘5、磁流变液7、壳体4区域产生一定强度的磁通量11，磁流变液7发生流变现象从而具有一定的屈服应力，当有外力或力矩作用在杆轴1，杆轴1在力或力矩的作用下发生移动或旋转，进而带动转盘5移动或旋转，具有一定屈服应力的磁流变液7对力或力矩产生阻碍作用，进而进行力或力矩的传递。由图3屈服应力与磁感应强度的关系成指数关系，如图3所示，随着电流增大磁通量越大后趋于饱和。

Claims (8)

1.一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置，其特征在于：包括杆轴(1)、套筒(2)、端盖(3)、壳体(4)、转盘(5)、电磁线圈(6)、磁流变液(7)、压缩弹簧(8)、密封圈(9)、隔离圈(10)、螺栓(1)；所述的壳体(4)为空心圆柱壳体，其上下两端通过端盖(3)密封，所述的上下端盖(3)中心轴分别设置套筒(2)，并且套筒(2)外圈与端盖(3)内圈形成过盈配合；上下端盖(3)的套筒(2)从上至下贯穿设置杆轴(1)，杆轴(1)位于壳体(4)的中部设置转盘(5)，所述转盘(5)开有凹槽，电磁线圈(6)缠绕在该凹槽内部；所述转盘(5)上下空间设置弹簧(8)，所述压缩弹簧(8)一端固定在端盖(3)上，另一端与转盘(5)表面接触配合；所述端盖(3)、壳体(4)、套筒(2)、杆轴(1)及转盘(5)形成一个密封腔室，所述磁流变液(7)充满于该密封腔室。
2.根据权利要求1所述一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置，其特征在于力矩传动的屈服应力与磁感应强度的关系如下：
τy＝αHβ
τy为剪切屈服应力，H为磁场强度，α、β为系数。
3.根据权利要求1所述一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置，其特征在于：所述的端盖(3)与壳体(4)之间，套筒(2)与端盖(3)之间、套筒(2)与杆轴(1)之间通过密封圈密封。
4.根据权利要求1所述一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置，其特征在于：还包括隔离圈(10)套装在电磁线圈(6)外部，将磁流变液(7)与电磁线圈(6)隔离。
5.根据权利要求1所述一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置，其特征在于：所述转盘(5)和壳体(4)采用低碳钢顺磁材料。
6.根据权利要求1所述一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置，其特征在于：所述的端盖(3)、套筒(2)及杆轴(1)采用高硬度铝合金材料。
7.根据权利要求1所述一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置，其特征在于：所述的端盖(3)与壳体(4)之间通过螺栓(11)固定安装。
8.根据权利要求1所述一种基于磁流变效应的双向力和力矩传动装置，其特征在于：所述的壳体(4)为凸型台壳体和端盖(3)为U型盖相嵌式密封。
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