CN110925380A - 基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于剪切‑挤压效应的行星式磁流变传动装置，属于机械传动技术领域。本基于剪切‑挤压效应的行星式磁流变传动装置，左端盖和右端盖之间装配从动外筒，从动外筒内壁装配齿轮环套，输入轴经轴承转动连接左端盖和右端盖，右端盖的外侧设置输出轴，输入轴上设置导磁套筒，导磁套筒和齿轮环套之间设置行星齿轮，行星齿轮与导磁套筒的外齿、齿轮环套的内齿啮合，导磁套筒及齿轮环套的两端经密封组件密封形成封闭空间，封闭空间内填充磁流变液，输入轴上设置线圈骨架，线圈骨架上设置励磁线圈，励磁线圈电连接外置电源。本发明的有益效果：可实现大转矩传动，传动均匀，磁流变液不受离心力的影响，并可以实现转矩和转速的实时调节。

Description

基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置
技术领域
本发明涉及机械传动技术领域，特别是涉及一种基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置。
背景技术
磁流变传动装置是一种利用磁流变液良好的磁流变效应来实现动力矩传递的机械传动装置。磁流变液是可靠性较高且使用范围较广的一种黏性液体，是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。磁流变液在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性，而在强磁场作用下则呈现出高粘度、低流动性的Bingham体特性，宏观上磁流变液在毫秒级的时间单位内迅速由液态变成固态，其粘度陡然增大以致失去流动性而产生一定的抗剪切屈服应力，通过控制外界磁场大小可实现对磁流变液传递转矩的连续控制，可用于无级传动系统。
传统的磁流变传动装置多为圆盘式，圆盘式磁流变传动装置传递转矩小，而且磁流变液的分布容易受到离心力的影响，高速旋转时磁流变液会丧失同一性，铁磁性颗粒会从磁流变液中分离出来，这会导致磁流变传动装置工作不稳定，也会对装置产生磨损、破坏。此外，现有的磁流变传动产品传递转矩均较小，实时调节转矩和转速较复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，解决目前磁流变传动产品传递转矩较小、磁流变液容易受离心力影响、实时调节转矩和转速较复杂的技术问题。
本发明提供一种基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，包括左端盖、右端盖、从动外筒、输入轴和输出轴，左端盖和右端盖之间装配从动外筒，从动外筒内壁装配有齿轮环套，齿轮环套的环形内壁设置有多个内齿，输入轴穿过左端盖且输入轴分别经第一轴承、第二轴承转动连接左端盖和右端盖，右端盖的外侧设置与输入轴同轴布置的输出轴，输入轴上于左端盖和右端盖之间的部分设置有导磁套筒，导磁套筒外壁沿圆周方向设置多个外齿，导磁套筒和齿轮环套之间设置有行星齿轮，行星齿轮与外齿、内齿啮合，导磁套筒及齿轮环套的两端经密封组件密封形成封闭空间，封闭空间内填充有磁流变液，磁流变液充满齿轮啮合位置的齿轮间隙，输入轴上于导磁套筒的一侧设置有线圈骨架，线圈骨架上设置有励磁线圈，励磁线圈电连接外置电源。
进一步的，齿轮环套包括左齿轮环套和右齿轮环套，左齿轮环套与右齿轮环套上的内齿的齿数、模数相同，导磁套筒包括左导磁套筒和右导磁套筒，左导磁套筒与右导磁套筒上的外齿的齿数、模数相同，行星齿轮包括左行星齿轮和右行星齿轮，左行星齿轮与右行星齿轮的齿数、模数相同，输入轴上的中间位置设置线圈骨架，输入轴上于线圈骨架的左端设置左导磁套筒，输入轴上于线圈骨架的右端设置右导磁套筒，从动外筒内壁于线圈骨架的左端装配左齿轮环套，从动外筒内壁于线圈骨架的右端装配右齿轮环套，左导磁套筒和左齿轮环套之间设置左行星齿轮，右导磁套筒和右齿轮环套之间设置右行星齿轮。
进一步的，导磁套筒、行星齿轮、齿轮环套和从动外筒均由导磁材料制成，输入轴、左端盖、右端盖和密封组件均由非导磁材料制成。
进一步的，输入轴内开设有电缆孔道，电缆孔道的一端位于线圈骨架的位置，电缆孔道的另一端位于输入轴的末端位置，输入轴的末端设置有过孔滑环，励磁线圈连接电缆的一端，电缆的另一端穿过电缆孔道并经过孔滑环连接外置电源。
进一步的，所述密封组件包括密封套环和密封圈，输入轴上设置密封套环，密封套环的圆周位置开设环形密封槽，环形密封槽内设置密封圈，密封圈动密封从动外筒内壁。
进一步的，从动外筒的内壁且靠近端面位置设置有定位轴套，靠近线圈骨架一侧的密封套环贴合线圈骨架端面，远离线圈骨架一侧的密封套环经定位轴套贴合左端盖或右端盖。
进一步的，左端盖与从动外筒之间通过法兰连接，从动外筒与右端盖之间通过法兰连接。
与现有技术相比，本发明的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置具有以下特点和优点：
1、本发明的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，装置结构紧凑，传动连续，磁流变液分布合理，可实现大转矩传动，传动均匀，磁流变液不受离心力的影响，并可以实现转矩和转速的实时调节。
2、本发明的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，在不通电状态下，磁流变液均匀自由流动，此时仅有很小的黏性摩擦力矩，在通电状态下，磁流变液中磁性颗粒沿磁场方向成链且在齿轮的啮合处聚积，当输入轴转动时，通过导磁套筒的外齿带动行星齿轮沿齿轮环套转动，进而对磁流变液的颗粒链进行剪切，齿轮啮合处磁场强度高且应变速率低，能够实现磁流变效应的挤压增强，剪切效应和挤压效应共同作用下能够产生更大的传动力矩进而带动从动外筒及输出轴的转动。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置的剖视图；
图2为图1中A-A剖面图；
其中，
1、输入轴，2、轴承端盖，3、左端盖，4、第一轴承，5、定位轴套，6、密封圈，7、左行星齿轮，8、从动外筒，9、左导磁套筒，10、电缆孔道，11、线圈骨架，12、励磁线圈，13、密封套环，14、右齿轮环套，15、右导磁套筒，16、右端盖，17、第二轴承，18、磁流变液，19、输出轴，20、左齿轮环套，21、右行星齿轮，22、过孔滑环。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实施例提供一种基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，包括左端盖3、右端盖16、从动外筒8、输入轴1和输出轴19等部件。
如图1所示，左端盖3和右端盖16之间装配从动外筒8，具体的，本实施例中左端盖3与从动外筒8的左端通过法兰连接，从动外筒8的右端与右端盖16之间也通过法兰连接。左端盖3的边沿等间距开设多个螺纹孔，通过螺钉与螺纹孔的配合，使左端盖3上安装轴承端盖2，轴承端盖2以遮盖封闭第一轴承4。右端盖16的外侧设置输出轴19，右端盖16与输出轴19一体成形，输出轴19与输入轴1同轴布置。轴承端盖2、左端盖3、从动外筒8、右端盖16、输出轴19装配成为一体结构。
如图1所示，输入轴1穿过左端盖3伸入从动外筒8内，输入轴1的左端轴肩经第一轴承4转动连接左端盖3，输入轴1的右端轴肩经第二轴承17转动连接右端盖16。第二轴承安装于右端盖16内侧。输入轴1上于左端盖3和右端盖16之间的部分设置有导磁套筒，导磁套筒外壁沿圆周方向设置多个外齿。从动外筒8内壁装配有齿轮环套，齿轮环套的环形内壁设置有多个内齿。导磁套筒和齿轮环套之间设置有行星齿轮，行星齿轮与外齿、内齿啮合。行星齿轮与外齿、内齿的齿轮啮合处留有一定间隙又不至于脱离。导磁套筒及齿轮环套的两端经密封组件密封形成封闭空间，封闭空间内填充有磁流变液18，磁流变液18充满齿轮啮合位置的齿轮间隙。输入轴1上于导磁套筒的一侧设置有线圈骨架11，线圈骨架11上设置有励磁线圈12，励磁线圈12电连接外置电源。
本实施例的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，在不通电状态下，封闭空间内的磁流变液18均匀自由流动，此时仅有很小的黏性摩擦力矩；在通电状态下，磁流变液18在磁场的作用下被磁化，磁流变液18中磁性颗粒沿磁场方向成链且在齿轮的啮合处(图2中B处、C处)聚积。电机的输出轴经键连接输入轴1，当电机驱动输入轴1转动时，通过导磁套筒的外齿带动行星齿轮沿齿轮环套转动，进而对磁流变液18的颗粒链进行剪切，齿轮啮合处(图2中B处、C处)磁场强度高且应变速率低，能够实现磁流变效应的挤压增强，剪切效应和挤压效应共同作用下能够产生更大的传动力矩进而带动从动外筒8及输出轴19的转动。
在不同磁场强度作用下，磁流变液18的剪切屈服强度不同。在磁场强度较低时，磁流变液18在齿轮啮合处发生磁流变效应较弱，磁流变液18中的铁磁性颗粒成链能力较弱，所形成的颗粒链会不断分裂、重组，因而不能够承受较大的剪切应力，启动电机，输入轴1通过驱动套筒的外齿带动行星齿轮沿齿轮环套转动，搅动磁流变液18，传递的力矩极小，从动外筒8及输出轴19的转速极低。在磁场强度较高时，磁流变液18在齿轮啮合处发生磁流变效应较强，形成的颗粒链也会更加牢固，进而能承受较大的剪切应力，在剪切效应与挤压效应共同作用下，输出端(从动外筒8、输出轴19)的转速会更加接近输入端的实际转速，进而能传递更大的转矩，实现传动的目的。实时调节外置电源，以调节励磁线圈12形成磁场的强弱，进而调节磁流变液18发生磁流变效应的强度，以实时调节转矩和转速，操作简单、快捷。
本实施例的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，输入轴1内开设有电缆孔道10，电缆孔道10的一端位于线圈骨架11的位置，电缆孔道10的另一端位于输入轴1的末端位置。输入轴1的末端设置有过孔滑环22，励磁线圈12连接电缆的一端，电缆的另一端穿过电缆孔道10并经过孔滑环22连接外置电源。如此，外置电源可以通过电缆为励磁线圈12供电。
本实施例的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，导磁套筒、行星齿轮、齿轮环套和从动外筒8均由导磁材料制成，输入轴1、左端盖3、右端盖16和密封组件均由非导磁材料制成。如此，励磁线圈12通电形成磁场的磁力线可以更多地穿过封闭空间的磁流变液18。
本实施例的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，密封组件包括密封套环13和密封圈6，输入轴1上设置密封套环13，密封套环13的圆周位置开设环形密封槽，环形密封槽内设置密封圈6，密封圈6动密封从动外筒8内壁。如此，导磁套筒及齿轮环套的两端经密封套环13和密封圈6密封形成封闭空间。
本实施例的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，从动外筒8的内壁且靠近两端面的位置设置有定位轴套5，靠近线圈骨架11一侧的密封套环13贴合线圈骨架11，远离线圈骨架11一侧的密封套环13经定位轴套5贴合左端盖3和右端盖16。如此，以通过定位轴套5调节导磁套筒、线圈骨架11在轴向的位置并定位。
本实施例的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，优选如下方案：齿轮环套包括左齿轮环套20和右齿轮环套14，左齿轮环套20与右齿轮环套14上的内齿的齿数、模数相同。导磁套筒包括左导磁套筒9和右导磁套筒15，左导磁套筒9与右导磁套筒15上的外齿的齿数、模数相同。行星齿轮包括左行星齿轮7和右行星齿轮21，左行星齿轮7与右行星齿轮21的齿数、模数相同。输入轴1上的中间位置设置线圈骨架11，输入轴1上于线圈骨架11的左端设置左导磁套筒9，输入轴1上于线圈骨架11的右端设置右导磁套筒15。从动外筒8内壁于线圈骨架11的左端装配左齿轮环套20，从动外筒8内壁于线圈骨架11的右端装配右齿轮环套14。左导磁套筒9和左齿轮环套20之间设置左行星齿轮7，右导磁套筒15和右齿轮环套14之间设置右行星齿轮21。左导磁套筒9及左齿轮环套20的两端经密封组件密封形成封闭空间，右导磁套筒15及右齿轮环套14的两端经密封组件密封形成封闭空间。如此，励磁线圈12的两侧对称布置一个填充有磁流变液18的封闭空间。励磁线圈12通电形成磁场，磁力线可以对称地穿过两侧封闭空间的磁流变液18。此外，输入轴1转动时，通过左导磁套筒9的外齿带动左行星齿轮7沿左齿轮环套20转动；同步地，通过右导磁套筒15的外齿带动右行星齿轮21沿右齿轮环套14转动，传动过程中轮齿对磁流变液颗粒链产生剪切和挤压，剪切效应和挤压效应共同作用下能够产生更大的传动力矩进而带动从动外筒8及输出轴19的转动。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，其特征在于：包括左端盖、右端盖、从动外筒、输入轴和输出轴，左端盖和右端盖之间装配从动外筒，从动外筒内壁装配有齿轮环套，齿轮环套的环形内壁设置有多个内齿，输入轴穿过左端盖且输入轴分别经第一轴承、第二轴承转动连接左端盖和右端盖，右端盖的外侧设置与输入轴同轴布置的输出轴，输入轴上于左端盖和右端盖之间的部分设置有导磁套筒，导磁套筒外壁沿圆周方向设置多个外齿，导磁套筒和齿轮环套之间设置有行星齿轮，行星齿轮与外齿、内齿啮合，导磁套筒及齿轮环套的两端经密封组件密封形成封闭空间，封闭空间内填充有磁流变液，磁流变液充满齿轮啮合位置的齿轮间隙，输入轴上于导磁套筒的一侧设置有线圈骨架，线圈骨架上设置有励磁线圈，励磁线圈电连接外置电源。
2.根据权利要求1所述的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，其特征在于：齿轮环套包括左齿轮环套和右齿轮环套，左齿轮环套与右齿轮环套上的内齿的齿数、模数相同，导磁套筒包括左导磁套筒和右导磁套筒，左导磁套筒与右导磁套筒上的外齿的齿数、模数相同，行星齿轮包括左行星齿轮和右行星齿轮，左行星齿轮与右行星齿轮的齿数、模数相同，输入轴上的中间位置设置线圈骨架，输入轴上于线圈骨架的左端设置左导磁套筒，输入轴上于线圈骨架的右端设置右导磁套筒，从动外筒内壁于线圈骨架的左端装配左齿轮环套，从动外筒内壁于线圈骨架的右端装配右齿轮环套，左导磁套筒和左齿轮环套之间设置左行星齿轮，右导磁套筒和右齿轮环套之间设置右行星齿轮。
3.根据权利要求1所述的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，其特征在于：导磁套筒、行星齿轮、齿轮环套和从动外筒均由导磁材料制成，输入轴、左端盖、右端盖和密封组件均由非导磁材料制成。
4.根据权利要求1所述的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，其特征在于：输入轴内开设有电缆孔道，电缆孔道的一端位于线圈骨架的位置，电缆孔道的另一端位于输入轴的末端位置，输入轴的末端设置有过孔滑环，励磁线圈连接电缆的一端，电缆的另一端穿过电缆孔道并经过孔滑环连接外置电源。
5.根据权利要求1所述的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，其特征在于：所述密封组件包括密封套环和密封圈，输入轴上设置密封套环，密封套环的圆周位置开设环形密封槽，环形密封槽内设置密封圈，密封圈动密封从动外筒内壁。
6.根据权利要求1所述的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，其特征在于：所述从动外筒的内壁且靠近端面位置设置有定位轴套，靠近线圈骨架一侧的密封套环贴合线圈骨架端面，远离线圈骨架一侧的密封套环经定位轴套贴合左端盖或右端盖。
7.根据权利要求1所述的基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置，其特征在于：左端盖与从动外筒之间通过法兰连接，从动外筒与右端盖之间通过法兰连接。
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