CN111609112A - 一种多级滚筒对辊式磁流变无级动力传递装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多级滚筒对辊式磁流变无级动力传递装置。包括主动部件，与主动部件配合安装的从动部件，以及固定部件；主动部件包括主动轴、轴承、主动滚筒、密封装置、激磁线圈等组成；从动部件包括从动轴、从动滚筒、密封装置、轴承等组成；采用新型筒式对辊传动；主动滚筒与从动滚筒设计成多阶梯状圆筒结构；主动滚筒与从动滚筒间存在对辊间隙，为多级阶梯形结构；激磁线圈拆分为多个独立式结构内置于主动滚筒不同阶梯处，对应的对辊间隙内将产生磁场。本发明可实现微小滑差存在情况下的无级调速，有效解决磁流变液传动过程中生热/散热难题，大幅提升动力传递效率，装置整体耗能低、适应各种恶劣工况环境、调控方便。

Description

一种多级滚筒对辊式磁流变无级动力传递装置

技术领域

本发明涉及一种磁流变液动力传递装置，具体是一种多级滚筒对辊式磁流变无级动力传递装置，属于机械动力传递技术领域。

背景技术

动力传递装置是机械系统中用于调节以及传递动力或运动的装置。磁流变液动力传递装置是一种以智能材料—磁流变液(主要由软磁性颗粒、基载液和包裹在软磁性颗粒表面的添加剂组成)为工作介质，利用磁流变液的独特流变性能调节输出扭矩或转速的新型可控传动器件。常见的磁流变液传动结构以主/从动部件为同轴线的对偶传动形式，当进行速度调节时，转速差不可避免。因此，本发明探索将传统盘式对偶传动结构转变为新型筒式对辊传动结构，达到减少甚至消除转速差，抑制磁流变液热量产生的效果。传动装置整体主要由主动部、从动部、壳体三个部分组成，主、从动滚筒之间的多级阶梯状对辊工作间隙内充满磁流变液作为传动介质；同时利用磁流变液的可控固化特性，通过改变主从对辊器件周围磁场强度和磁场位置的方法以固化不同厚度的磁流变液，进而连续改变主从部件之间的传动比，实现基本无滑差的无级调速，以期有效解决磁流变液传动过程中的生热/散热难题，能够大幅提升动力传递效率。同样，与盘式磁流变动力传递装置相比，本发明具有结构简单，励磁方便，在进行无级调速时，可以在一定程度上减少滑差，降低能源浪费的优点。

目前，对磁流变传动装置研究的专利有很多。2018年3月6日公开的中国专利“一种温控变面磁流变传动装置”(申请号：CN201711069843.7)，该装置利用温度控制形状记忆合金开关，弹出摩擦块辅助增大传递扭矩，结构简单，能耗低，传动稳定，但冷却系统简单，散热效果差。2019年12月6日公开的中国专利“基于剪切-挤压效应的行星式磁流变传动装置”(公开号：CN110925380A)，该装置利用行星齿轮结构形成封闭空间，通过改变封闭空间大小，达到挤压效果，可实现大转矩传动，传动均匀，同时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。上述两种发明均采取盘式对偶型磁流变液传动结构，当进行速度调节时，转速差不可避免，滑差生热情况严重。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种多级滚筒对辊式磁流变无级动力传递装置，不仅将传动结构从主/从动部件同轴线的盘式对偶传动形式转变为新型筒式对辊传动，可以有效减少甚至消除转速差，抑制磁流变液热量产生。同时，将主动滚筒及从动滚筒创新为多级阶梯型结构，两者配合形成的对辊界面也呈现阶梯形。另外，将常见外置型的激磁线圈拆分为多个独立控制型激磁线圈，分装于主动滚筒的不同阶梯内部，当对辊界面中注入磁流变液后，向不同阶梯内的励磁线通入电流时，对应的对辊间隙内将产生磁场，通过改变主从对辊器件周围磁场强度和磁场位置的方法以固化不同厚度的磁流变液，进而连续改变主从部件之间的传动比。装置中壳体、端盖、轴、密封装置等分别根据工况需求及性价比分别采用隔磁性能优越的黄铜、不锈钢等材料，滚筒及覆盖滚筒阶梯处涂层采用电工纯铁、20钢等强导磁性、耐磨性较好的材料，起到增强传动工作空间磁场强度、抑制磁力线外泄、增加装置旋转部使用寿命的效果。本发明可实现较低滑差存在情况下的无级调速，达到有效解决磁流变液传动过程中的生热/散热难题，能够大幅提升动力传递效率，适用于煤矿、风机等需要大功率、小滑差、无级调速传动场合。

为了实现上述目的，本多级滚筒对辊式磁流变无级动力传递装置包括安装在壳体内的主动部件，与所述主动部件配合安装的从动部件，以及固定部件；

所述主动部件与从动部件构成中心对称的筒式对辊结构；

所述主动部件包括主动轴，与主动轴配合安装的主动轴轴承，与主动轴通过键连接固定的主动滚筒；

所述从动部件包括从动轴，与从动轴配合安装的从动轴轴承，与从动轴通过键连接固定的从动滚筒；

所述主动滚筒与从动滚筒均为多级阶梯式结构，主动滚筒与从动滚筒之间通过阶梯状结构嵌合安装，并在两者的安装结合处留有多级对辊工作间隙，在主动滚筒内的阶梯中绕制有激磁线圈。

进一步，所述主动滚筒上的每级阶梯处由导磁环一和导磁环二构成用于安装所述激磁线圈的空间，导磁环一位于主动滚筒一侧，导磁环二位于远离主动滚筒的一侧。

进一步，所述激磁线圈为多个独立结构，可分别独立供电，分别安装在各级由导磁环一和导磁环二构成的空间中。

进一步，所述导磁环二与激磁线圈接触的位置处开设有小孔，孔内放置有隔磁块。

进一步，所述固定部件包括用于安装主动、从动部件的壳体，以及分别安装于主动、从动部件两侧的主动轴端盖和从动轴端盖。

进一步，所述主动滚筒两侧设有主动轴密封装置，从动滚筒两侧设有从动轴密封装置，所述主动轴密封装置与从动轴密封装置均为骨架油封密封件。

与现有技术相比，本发明采用筒式对辊传动方式，滚筒设计为阶梯型结构，工作界面为多级阶梯型对辊界面，工作间隙处轴向各点旋转速度相同，无滑差存在，且对辊接触面积较大，可传递较大扭矩；旋转工作部(主动滚筒(带激磁线圈)与从动滚筒(无激磁线圈))创新设计为多级阶梯形结构，主动滚筒(带激磁线圈)与从动滚筒(无激磁线圈)之间嵌合安装，两部件之间留有多级对辊工作间隙，在不改变传动装置体积的同时有效扩大装置工作接触面积，增大传递扭矩；同时，动力传递装置的对辊工作界面也呈现为多级阶梯形(附图中列出了①②③④⑤五个阶梯)，激磁线圈内置于主动旋转部内部，且拆分为多个独立式激磁线圈结构，每个线圈具有独立控制的电流源，可根据传动需求，向主动滚筒(带激磁线圈)中不同阶梯内的激磁线圈通入电流，对应的对辊间隙内将产生磁场，通过改变主从对辊器件周围磁场强度和磁场位置的方法可以固化不同厚度的磁流变液，进而连续改变主从部件之间的传动比。装置中壳体、端盖、轴、密封装置等分别根据工况需求及性价比采用隔磁性能优越的黄铜、不锈钢等材料，滚筒及覆盖主/从动滚筒阶梯处涂层采用电工纯铁、20钢等强导磁性、耐磨性较好的材料，增强传动工作空间磁场强度、抑制磁力线外泄情况。发明可实现较低滑差存在情况下的无级调速；同时主动部与从动部呈中心对称结构，主/从动部除滚筒外结构相同，工艺相同，零部件可进行批量化加工，便于安装，增强整体装置的经济性。

附图说明

图1是本发明的主体结构示意图；

图2是本发明中激磁线圈安装示意图；

图3是本发明中主动滚筒与从动滚筒的立体结构示意图；

图中：1、壳体，2、主动轴端盖，3、主动轴，4、主动滚筒，5、激磁线圈，6、主动轴轴承，7、主动轴密封装置，8、从动轴密封装置，9、从动轴轴承，10、从动轴端盖，11、从动滚筒，12、从动轴，13、导磁环一，14、隔磁块，15、导磁环二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2和图3所示，本多级滚筒对辊式磁流变无级动力传递装置包括安装在壳体1内的主动部件，与所述主动部件配合安装的从动部件，以及固定部件；

所述主动部件包括主动轴3，与主动轴3配合安装的主动轴轴承6，与主动轴3通过键连接固定的主动滚筒4；主动滚筒4内带有激磁线圈。

所述从动部件包括从动轴12，与从动轴12配合安装的从动轴轴承9，与从动轴12通过键连接固定的从动滚筒11；从动滚筒11不带激磁线圈。

主动滚筒4与从动滚筒11构成的工作空间里充满磁流变液。

所述主动滚筒4与从动滚筒11均为多级阶梯式结构，将对辊工作界面呈现为阶梯形(图1中列出了①②③④⑤五个阶梯)，在装置体积不变情况下增大工作接触面积，提高传动功率。主动滚筒4与从动滚筒11之间通过阶梯状结构嵌合安装，并在两者的安装结合处留有多级对辊工作间隙，在主动滚筒4内的阶梯中安装有激磁线圈5。主动滚筒4与从动滚筒11之间留有的多级对辊工作间隙，与单一筒形传动相比，可增大装置整体工作空间，提高传动效率。

所述主动部件与从动部件构成中心对称的筒式对辊结构，主动滚筒与从动滚筒传动中心在同一水平面上。整体装置结构简单容易加工，便于安装，经济性较好。对辊界面工作间隙处轴向各点旋转速度相同，无滑差存在，且对辊接触面积较大，与盘式对辊、锥式对辊相比，可传递较大扭矩。

进一步，所述主动滚筒4上的每级阶梯处由导磁环一13和导磁环二15构成用于安装所述激磁线圈5的空间，导磁环一13位于主动滚筒4一侧，导磁环二15位于远离主动滚筒4的一侧。

进一步，所述激磁线圈5为多个独立结构，可分别独立供电，分别安装在各级由导磁环一13和导磁环二15构成的空间中。简化整体装置体积，降低装置整体成本。可根据传动需求，分别向不同阶梯内的激磁线圈5通入电流，每个激磁线圈分别连接到独立控制的程控电流源，通过调节程控电流源大小，调整磁场强度。从而可以在对应的对辊间隙内产生不同强度、不同位置的磁场，通过改变主从对辊器件周围磁场强度和磁场位置的方法可以固化不同厚度的磁流变液，进而连续改变主从部件之间的传动比，实现小滑差的无级调速。

进一步，所述导磁环二15与激磁线圈5接触的位置处开设有小孔，孔内放置有隔磁块14。使激磁线圈5产生的磁场可通过隔磁块14进入工作空间中，令磁流变液产生固化现象，传递动力。

进一步，所述固定部件包括用于安装主动、从动部件的壳体1，以及分别安装于主动、从动部件两侧的主动轴端盖2和从动轴端盖10。

进一步，所述主动滚筒4两侧设有主动轴密封装置7，从动滚筒11两侧设有从动轴密封装置8，所述主动轴密封装置7与从动轴密封装置8均为骨架油封密封件。

通过主动轴端盖2、主动轴密封装置7确定主动轴轴承6的轴向位置，通过从动轴端盖10、从动轴密封装置8确定从动轴轴承9的轴向位置。在装置整体传动过程中，由于存在外界载荷等因素影响，轴承会产生在轴向位置上的移动。为防止出现此类状况，采用端盖、密封装置将轴承的轴向位置固定，减少轴承的损伤，增强轴承的使用寿命。

上述装置中壳体、端盖、轴、密封装置等根据工况及性价比需求分别采用性能优越的黄铜、不锈钢等隔磁性材料，工作过程中抑制磁力线外溢，增强装置整体传动性能；

上述装置中滚筒及阶梯状主/从动滚筒最外侧涂层均根据工况需求及性价比采用电工纯铁、20钢等导磁性较好的材料，可以更加有效引导磁路走向，增强传动空间磁场强度，提高传动功率；

综上所述，本多级滚筒对辊式磁流变无级动力传递装置采用筒式对辊传动方式，主动滚筒与从动滚筒设计成多阶梯状圆筒式结构；工作间隙处轴向各点旋转速度相同，无滑差存在，且与盘式对辊、锥式对辊相比，对辊接触面积更大，可传递较大扭矩；主动滚筒(带激磁线圈)与从动滚筒(无激磁线圈)之间嵌合安装，两部件之间留有多级对辊工作间隙，在不改变传动装置体积的同时有效扩大装置工作接触面积，增大传递扭矩；动力传递装置的对辊工作界面也呈现为多级阶梯形(图1中列出了①②③④⑤五个阶梯)；激磁线圈内置于主动旋转部内部，减少装置整体体积，降低成本，且拆分为多个独立式结构，每个线圈具有独立控制的电流源，可根据传动需求，向主动滚筒(带激磁线圈)中不同阶梯内的激磁线圈通入电流，对应的对辊间隙内将产生磁场，通过改变主从对辊器件周围磁场强度和磁场位置的方法可以固化不同厚度的磁流变液，进而连续改变主从部件之间的传动比。装置中壳体、端盖、轴、密封装置等分别根据工况需求及性价比分别采用隔磁性能优越的黄铜、不锈钢等材料，滚筒及覆盖滚筒阶梯处涂层采用电工纯铁、20钢等强导磁性、耐磨性较好的材料，增强传动工作空间磁场强度、抑制磁力线外泄情况；同时主动部与从动部呈中心对称结构，主/从动部除滚筒外结构相同，工艺相同，零部件可进行批量性加工，便于安装，增强整体装置的经济性。发明可实现微小滑差存在情况下的无级调速，达到有效解决磁流变液传动过程中的生热/散热难题、能够大幅提升动力传递效率。发明整体耗能低、适应各种恶劣工况环境、调控方便、适用于煤矿、风机等大功率、小滑差、无级调速传动场合。

Claims (6)

1.一种多级滚筒对辊式磁流变无级动力传递装置，包括安装在壳体(1)内的主动部件，与所述主动部件配合安装的从动部件，以及固定部件；其特征在于，

所述主动部件与从动部件构成中心对称的筒式对辊结构；

所述主动部件包括主动轴(3)，与主动轴(3)配合安装的主动轴轴承(6)，与主动轴(3)通过键连接固定的主动滚筒(4)；

所述从动部件包括从动轴(12)，与从动轴(12)配合安装的从动轴轴承(9)，与从动轴(12)通过键连接固定的从动滚筒(11)；

所述主动滚筒(4)与从动滚筒(11)均为多级阶梯式结构，主动滚筒(4)与从动滚筒(11)之间通过阶梯状结构嵌合安装，并在两者的安装结合处留有多级对辊工作间隙，在主动滚筒(4)内的阶梯中绕制有激磁线圈(5)。

2.根据权利要求1所述的一种多级滚筒对辊式磁流变无级动力传递装置，其特征在于，

所述主动滚筒(4)上的每级阶梯处由导磁环一(13)和导磁环二(15)构成用于安装所述激磁线圈(5)的空间，导磁环一(13)位于主动滚筒(4)一侧，导磁环二(15)位于远离主动滚筒(4)的一侧。

3.根据权利要求1或2所述的一种多级滚筒对辊式磁流变无级动力传递装置，其特征在于，

所述激磁线圈(5)为多个独立结构，可分别独立供电，分别安装在各级由导磁环一(13)和导磁环二(15)构成的空间中。

4.根据权利要求2所述的一种多级滚筒对辊式磁流变无级动力传递装置，其特征在于，

所述导磁环二(15)与激磁线圈(5)接触的位置处开设有小孔，孔内放置有隔磁块(14)。

5.根据权利要求1所述的一种多级滚筒对辊式磁流变无级动力传递装置，其特征在于，

所述固定部件包括用于安装主动、从动部件的壳体(1)，以及分别安装于主动、从动部件两侧的主动轴端盖(2)和从动轴端盖(10)。

6.根据权利要求1所述的一种多级滚筒对辊式磁流变无级动力传递装置，其特征在于，

所述主动滚筒(4)两侧设有主动轴密封装置(7)，从动滚筒(11)两侧设有从动轴密封装置(8)，所述主动轴密封装置(7)与从动轴密封装置(8)均为骨架油封密封件。

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