CN111692246A - 一种热挤变体积百分数轴瓦式磁流变液制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热挤变体积百分数轴瓦式磁流变液制动器，包括制动壳体、制动轴以及底座；制动轴位于制动壳体内的部分扩大形成制动段；在制动圆筒内设有励磁线圈和隔磁摩擦环，在制动段上设有容置槽，在容置槽内设有摩擦顶块、导向柱和形状记忆合金弹簧；在制动段外侧设置轴瓦，在制动轴的右端开设有一轴孔，在制动段的中部开设有导油孔，所述导油孔里端与轴孔相连通，其中部与相容置槽相连通；在导油孔的外端设有一过滤器，轴瓦与过滤器滑动配合相连；在轴瓦外壁与制动壳体内壁之间填充有磁流变液，在轴孔、导油孔、连接孔以及容置槽内填充有硅油。本发明能够保证高温环境制动器的稳定性和可靠性，保证制动性能，提高制动效果。

Description

一种热挤变体积百分数轴瓦式磁流变液制动器

技术领域

本发明涉及制动器技术领域，尤其涉及一种热挤变体积百分数轴瓦式磁流变液制动器。

背景技术

磁流变液是一种磁智能材料，其主要由磁性颗粒和基液（通常为硅油）构成，受外加磁场的控制，在无外加磁场时，表现出牛顿流体的性质；加入磁场后，磁流变液的粘度发生几个数量级的变化，表现出Bingham塑性流体的性质；整个变化过程迅速，可逆，操作简便。

基于磁流变液的上述性质，使其在离合器、制动器领域具有广阔的应用前景；如中国专利CN103453053A公开的“一种磁流变制动器”，在正常工况下采用励磁线圈供磁制动，提供可控制动力，而在励磁线圈出现故障或断电时，通过拉伸弹簧组和密封腔压力油的作用将励磁线圈供磁制动模式快速切换至永磁铁供磁制动模式，保证磁流变制动器制动力的延续。如CN205423620U公开的“一种形状记忆合金补偿磁流变制动器”，它将磁流变液注入环形工作腔内，通过对励磁线圈通电产生磁场作用于磁流变液产生制动转矩，当温度升高，形状记忆合金弹簧伸长推动滑块作用于制动外壳，从而产生制动转矩。但是，在磁流变液达到磁饱和时，其所产生的制动转矩就无法继续增加；并且磁流变液性能下降时，其所产生的制动转矩也会随之下降，从而降低制动性能。如CN103089863A公开的一种径向挤压式磁流变液制动器，该制动器在结构上相对来说比较简单，能提供较大的制动力矩；但是在高温环境下，其传递转矩的稳定性和可靠性较差。

综上，上述基于磁流变液的制动器在高温环境易导致磁流变液性能下降，甚至是失效，从而造成制动器稳定性较差，制动效果较差的问题。如何解决上述基于磁流变液的制动器未考虑高温环境下，制动器稳定性较差，制动效果较差的问题，并保证磁流变液制动器高性能运转，已成为本领域技术人员继续解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有磁流变液制动器在高温环境易导致磁流变液性能下降，从而造成制动器稳定性较差，制动效果较差的问题，提供一种热挤变体积百分数轴瓦式磁流变液制动器，能够保证高温环境制动器的稳定性和可靠性，保证制动性能，提高制动效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种热挤变体积百分数轴瓦式磁流变液制动器，包括制动壳体、制动轴以及底座；所述制动壳体包括依次相连的左端盖、制动圆筒和右端盖，所述底座与制动圆筒的中部固定连接；所述制动轴的右端穿过左端盖后伸入制动壳体内，并通过轴承与左端盖和右端盖转动连接，该制动轴位于制动壳体内的部分扩大形成制动段，且制动段侧壁与制动壳体内壁之间具有间隙；在制动圆筒的内侧，靠近两端处分别设有绕其一周的线圈槽，在两线圈槽内分别设有一励磁线圈；其特征在于：在制动圆筒内侧，对应两线圈槽的位置分别设有一隔磁摩擦环，所述隔磁摩擦环与制动圆筒固定连接，并将励磁线圈封闭在线圈槽内；

在制动段靠近两端处，对应两隔磁摩擦环的位置，分别设有数个容置槽，且靠近制动段两端的容置槽的位置相对应，其中，所述容置槽绕制动段一周均匀分布，且容置槽的深度方向与制动段的径向一致；在容置槽内设有摩擦顶块、导向柱和形状记忆合金弹簧；所述导向柱沿制动段的径向设置，其里端与容置槽的槽底固定连接；所述摩擦顶块与导向柱的外端滑动配合相连，其侧壁与容置槽的侧壁之间设有第一密封圈；所述形状记忆合金弹簧位于摩擦顶块与容置槽的槽底之间，并套设在导向柱上，其两端分别与摩擦顶块和容置槽的槽底固定连接，初始状态时，在形状记忆合金弹簧的作用下，所述摩擦顶块位于容置槽内；

在制动轴的制动段外侧，绕其一周设置数块呈弧形的轴瓦，初始状态时，所述轴瓦与制动段贴合，其外壁与隔磁摩擦环之间具有间隙，且相邻两块轴瓦的相邻两侧贴合在一起形成轴套；在相邻两块轴瓦的贴合处的外侧设有一橡胶片，相邻两轴瓦通过该橡胶片相连；其中，所述轴瓦的数量与制动段一端的容置槽的数量一致，且轴瓦的两端分别延伸至对应位置的两容置槽的外侧，其弧形方向的中部与容置槽内的摩擦顶块正对；

在制动轴的右端开设有一轴孔，所述轴孔的里端延伸至制动段的中部，其外端由一堵头封闭；在制动段的中部，绕其一周开设有数条导油孔，所述导油孔沿制动段的径向设置，且导油孔的位置与制动段一端的容置槽的位置相对应；该导油孔的里端延伸至与轴孔相连通，其中部通过连接孔与相对应位置的两容置槽相连通；在导油孔的外端设有一过滤器，且过滤器与制动壳体内壁之间具有间隙；在轴瓦上，对应过滤器的位置，设有一通孔，轴瓦通过该通孔套设在过滤器上，并与过滤器滑动配合相连；

在轴瓦外壁与制动壳体内壁之间的间隙内填充有磁流变液，在轴孔、导油孔、连接孔以及容置槽内填充有硅油。

进一步地，所述过滤器包括筒状壳体和过滤膜，所述筒状壳体的一端与制动段固定连接并与导油孔相连通，另一端延伸至与隔磁摩擦环形成错位，且与制动圆筒内壁之间具有间隙；所述轴瓦与筒状壳体滑动配合相连，其中，在轴瓦与筒状壳体之间设有第二密封圈，该第二密封圈与轴瓦固定连接。

进一步地，所述摩擦顶块的内侧设有一导杆，在导向柱的沿其轴向设有一导向孔，所述导杆伸入该导向孔内，并与导向柱滑动配合相连。

进一步地，在制动段的两端分别设有一挡环，所述挡环的内侧与制动段固定连接，外侧延伸至与隔磁摩擦环形成错位；所述轴瓦的两端分别与两挡环贴合，并能紧贴挡环沿制动段的径向移动。

进一步地，在制动圆筒上设有一注液孔，该注液孔与制动壳体内部连通，在该注液孔内配合设有一注液螺塞。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、励磁线圈通电后，磁流变液在磁场的作用下产生磁流变效应，对制动段进行制动；当磁流变液发热后，能够快速通过硅油传递到形状记忆合金弹簧，当硅油温度达到形状记忆合金弹簧的形变温度后，形状记忆合金弹簧能够伸长，推动轴瓦挤压磁流变液，使磁流变液中的部分基础液流入导油孔，导油孔内的硅油又附加推动摩擦顶块，从而推动轴瓦挤压磁流变液。

2、形状记忆合金弹簧伸长后，进一步推动摩擦顶块，并通过顶块推动轴瓦，使轴瓦挤压磁流变液，从而使磁流变液中的基液（硅油）按百分比穿过过滤器后进入到导油孔内，从而提高了工作间隙内的磁流变液的磁性颗粒的百分比浓度，从而提升磁流变液的磁流变效应，避免因温度升高而造成的磁流变液传递的制动转矩下降，能保证制动的可靠性和稳定性。

3、随着磁流变液及硅油温度进一步升高，形状记忆合金弹簧伸长被限制了，从而输出压紧力，使轴瓦紧顶隔磁摩擦环产生摩擦制动转矩，温度越高，所传递的摩擦转矩就越大，这样就能进一步补偿因磁流变效应下降而损失的转矩，从而进一步保证制动的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中局部A的放大图。

图3相邻两轴瓦与橡胶片的连接结构示意图。

图中：1-制动轴，2-底座，3-左端盖，4-制动圆筒，5-右端盖，6-制动段，7-励磁线圈，8-隔磁摩擦环，9-摩擦顶块，10-导向柱，11-形状记忆合金弹簧，12-轴瓦，13-橡胶片，141-筒状壳体，142-过滤膜，15-磁流变液，16-硅油，17-导杆，18-挡环，19-注液螺塞。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1至图3，一种热挤变体积百分数轴瓦式磁流变液制动器，包括制动壳体、制动轴1以及底座2。所述制动壳体包括依次相连的左端盖3、制动圆筒4和右端盖5，所述底座2与制动圆筒4的中部固定连接；该底座2用于与地面等固定连接，以对制动器提供支撑。所述制动轴1的右端穿过左端盖3后伸入制动壳体内，并通过轴承与左端盖3和右端盖5转动连接，其中，所述轴承采用密封轴承，以防止制动壳体内的液体泄漏；为进一步提高防漏效果，在制动轴1与左端盖3之间还设有毛毡圈，所述毛毡圈位于密封轴承外侧。该制动轴1位于制动壳体内的部分扩大形成制动段6，且制动段6侧壁与制动壳体内壁之间具有间隙。在制动圆筒4的内侧，靠近两端处分别设有绕其一周的线圈槽，在两线圈槽内分别设有一励磁线圈7。在制动圆筒4内侧，对应两线圈槽的位置分别设有一隔磁摩擦环8，其中，该隔磁摩擦环8的内存为摩擦面。所述隔磁摩擦环8与制动圆筒4固定连接，并将励磁线圈7封闭在线圈槽内；实际加工过程中，两线圈槽分别贯穿制动圆筒4的两端，从而便于励磁线圈7与隔磁摩擦环8的安装，左端盖3和右端盖5与制动圆筒4相连后，形成完整的线圈槽；这样，加工及装配更加方便。

在制动段6靠近两端处，对应两隔磁摩擦环8的位置，分别设有数个容置槽，且靠近制动段6两端的容置槽的位置相对应，即位于对应位置的两容置槽的（轴心线）连线与制动端的轴心线平行。其中，所述容置槽绕制动段6一周均匀分布，且容置槽的深度方向与制动段6的径向一致。在容置槽内设有摩擦顶块9、导向柱10和形状记忆合金弹簧11。所述导向柱10沿制动段6的径向设置，其里端与容置槽的槽底固定连接。所述摩擦顶块9的外侧面为摩擦面，该摩擦顶块9与导向柱10的外端滑动配合相连，其侧壁与容置槽的侧壁之间设有第一密封圈，该第一密封圈与摩擦顶块9固定连接。具体实施时，所述摩擦顶块9的内侧设有一导杆17，在导向柱10的沿其轴向设有一导向孔，所述导杆17伸入该导向孔内，并与导向柱10滑动配合相连；这样，能够有效地对摩擦顶块9进行导向，从而保证摩擦顶块9的移动方向始终与制动段6的径向一致。所述形状记忆合金弹簧11位于摩擦顶块9与容置槽的槽底之间，并套设在导向柱10上，其两端分别与摩擦顶块9和容置槽的槽底固定连接，初始状态时，在形状记忆合金弹簧11的作用下，所述摩擦顶块9位于容置槽内。

在制动轴1的制动段6外侧，绕其一周设置数块断面呈弧形的轴瓦12，所述轴瓦12的两侧面均为摩擦面，初始状态时，所述轴瓦12与制动段6贴合，其外壁与隔磁摩擦环8内壁之间具有间隙，且相邻两块轴瓦12的相邻两侧贴合在一起形成轴套；当轴瓦12向外移动后，其外壁能与隔磁摩擦环8内壁贴合，从而使轴瓦12与隔磁摩擦环8的接触面积更大，从而能够传递更大的摩擦制动转矩。加工过程中，在制动段6的两端分别设有一挡环18，所述挡环18的内侧与制动段6采用过盈配合的方式固定连接，外侧延伸至与隔磁摩擦环8形成错位。所述轴瓦12的两端分别与两挡环18贴合，并能紧贴挡环18沿制动段6的径向移动。这样，既能够对轴瓦12的两端进行限位，又能够对轴瓦12的移动方向进行限位，从而保证轴瓦12工作过程中的稳定性。在相邻两块轴瓦12的贴合处的外侧设有一橡胶片13，相邻两轴瓦12通过该橡胶片13相连；具体实施时，所述橡胶片13通过粘接剂与相邻两轴瓦12粘贴后，其两端分别延伸至轴瓦12的两端，并通过螺钉与相邻两轴瓦12固定连接，在橡胶片13的作用下，相邻两轴瓦12紧贴在一起，并贴合在制动段6上，且通过该橡胶片13将相邻两轴瓦12之间的间隙封闭。其中，所述轴瓦12的数量与制动段6一端的容置槽的数量一致，且轴瓦12的两端分别延伸至对应位置的两容置槽的外侧，其弧形方向（断面）的中部与容置槽内的摩擦顶块9正对。

在制动轴1的右端开设有一轴孔，所述轴孔的里端延伸至制动段6的中部，其外端由一堵头封闭。在制动段6的中部，绕其一周开设有数条导油孔，所述导油孔沿制动段6的径向设置，且导油孔的位置与制动段6一端的容置槽的位置相对应，即导油孔的轴心线与相对应位置的两容置槽的轴心线平行。该导油孔的里端延伸至与轴孔相连通，其中部通过连接孔与相对应位置的两容置槽相连通。在导油孔的外端设有一过滤器，且过滤器与制动壳体内壁之间具有间隙。在轴瓦12上，对应过滤器的位置，设有一通孔，轴瓦12通过该通孔套设在过滤器上，并与过滤器滑动配合相连。具体实施时，所述过滤器包括筒状壳体141和过滤膜142，该过滤膜142仅能使磁流变液15中的基液透过。所述筒状壳体141的一端与制动段6固定连接并与导油孔相连通，另一端延伸至与隔磁摩擦环8形成错位，且与制动圆筒4内壁之间具有间隙。所述轴瓦12与筒状壳体141滑动配合相连，其中，在轴瓦12与筒状壳体141之间设有第二密封圈，该第二密封圈与轴瓦12固定连接。过滤器采用上述方案，结构更加简单，加工更加方便，并且更便于装配。

在轴瓦12外壁与制动壳体内壁之间的间隙内填充有磁流变液15，在轴孔、导油孔、连接孔以及容置槽内填充有硅油16。在制动圆筒4上设有一注液孔，该注液孔与制动壳体内部连通，在该注液孔内配合设有一注液螺塞19，以便于磁流变液15的加注及更换。

工作过程中：

1装配过程中，将磁流变液15注入在工作间隙（轴瓦12外壁与制动壳体内壁之间的间隙）中，其中，工作间隙的径向长度为2mm，磁流变液15的基础液选用硅油16，磁性颗粒体积百分数为25%；同时，将硅油16注入轴孔、导油孔、连接孔以及容置槽内。

2.制动轴1转动，励磁线圈7未通电时，磁流变液15中的磁性颗粒在离心力作用下，集聚在外圆筒内壁，制动轴1只与磁流变液15中的基础液（硅油16）接触，轴瓦12在橡胶片13的拉力作用下贴合在制动端上，因而对磁流变液15产生的压力极小，磁流变液15中基础液产生的粘性转矩极小，几乎不产生制动作用。

3.励磁线圈7通电后，励磁线圈7产生磁通，磁通穿过磁流变液15的工作间隙，磁流变液15中的磁性颗粒沿磁通方向排列成链状结构，依靠此链状结构的剪切应力产生制动转矩，对制动轴1的制动段6进行制动。

4.在持续制动过程中，装置中磁流变液15的工作温度逐渐上升，上升到某一温度（如70℃）时，磁流变液15的性能开始下降，制动性能也下降，并且随温度的升高，下降越显著。但同时，磁流变液15产生的热量通过硅油16进行热量传导，由于形状记忆合金弹簧11浸泡在硅油16内，因此磁流变液15产生的热量迅速传导给形状记忆合金弹簧11，使形状记忆合金弹簧11在热效应作用下，推动摩擦顶块9向外移动，进而推动轴瓦12向外移动，轴瓦12的移动，对磁流变液15形成挤压，从而使工作间隙中的部分基础液（硅油16）透过过滤膜142，通过导油孔流入到储油室内；与硅油16一起附加推动摩擦顶块9，从而进一步推动轴瓦12挤压磁流变液15；此时磁流变液15的工作间隙为1mm，磁性颗粒体积百分数变为49.6%，由于工作间隙变小，磁性颗粒体积百分数的增加，磁导率增加，磁流变液15的剪切应力增加25.4%，磁流变液15产生的制动转矩也增加，从而弥补温度升高对磁流变液15造成的影响。

5、随着工作的继续，磁流变液15的发热量持续增加，形状记忆合金弹簧11的长度持续伸长，从而通过摩擦顶块9推动轴瓦12与隔磁摩擦环8内壁接触，并产生压力后产生摩擦转矩，从而补偿磁流变液15性能下降导致的制动转矩损失，并增大输出制动转矩，从而有效提高基于磁流变液15制动器输出的制动转矩的可靠性和稳定性。

本方案中，通过增加磁流变液15中磁性颗粒的体积分数能提高剪切屈服应力，但磁性颗粒的体积分数需要在一个合理范围内。若体积分数过低，要达到所需剪切屈服应力需要较大的磁场强度；若体积分数过高，零磁场时磁流变液15的磁性颗粒就已经形成复杂网状结构，宏观上表现为零场粘度较大，再外加磁场作用下磁流变效应不明显，传动装置不能起到动态调节的作用，并且体积分数过大易出现严重的沉降与板结，影响磁流变传动装置的工作效率。利用轴瓦12挤压的方式增长磁流变液15中磁性颗粒的体积分数巧妙的解决了定体积分数磁流变液15的缺陷，通过形状记忆合金自动动态调整磁流变液15体积分数，可实现不制动时，零场粘度小减少了额外能源消耗，制动且制动转矩需求较大时即可增大磁性颗粒体积分数提升制动器制动转矩。结束制动，基础液被吸回磁流变液15工作间隙，磁流变液15体积分数降低为初始状态，增强磁流变液15抗沉降性。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种热挤变体积百分数轴瓦式磁流变液制动器，包括制动壳体、制动轴以及底座；所述制动壳体包括依次相连的左端盖、制动圆筒和右端盖，所述底座与制动圆筒的中部固定连接；所述制动轴的右端穿过左端盖后伸入制动壳体内，并通过轴承与左端盖和右端盖转动连接，该制动轴位于制动壳体内的部分扩大形成制动段，且制动段侧壁与制动壳体内壁之间具有间隙；在制动圆筒的内侧，靠近两端处分别设有绕其一周的线圈槽，在两线圈槽内分别设有一励磁线圈；其特征在于：在制动圆筒内侧，对应两线圈槽的位置分别设有一隔磁摩擦环，所述隔磁摩擦环与制动圆筒固定连接，并将励磁线圈封闭在线圈槽内；

在制动段靠近两端处，对应两隔磁摩擦环的位置，分别设有数个容置槽，且靠近制动段两端的容置槽的位置相对应，其中，所述容置槽绕制动段一周均匀分布，且容置槽的深度方向与制动段的径向一致；在容置槽内设有摩擦顶块、导向柱和形状记忆合金弹簧；所述导向柱沿制动段的径向设置，其里端与容置槽的槽底固定连接；所述摩擦顶块与导向柱的外端滑动配合相连，其侧壁与容置槽的侧壁之间设有第一密封圈；所述形状记忆合金弹簧位于摩擦顶块与容置槽的槽底之间，并套设在导向柱上，其两端分别与摩擦顶块和容置槽的槽底固定连接，初始状态时，在形状记忆合金弹簧的作用下，所述摩擦顶块位于容置槽内；

在制动轴的制动段外侧，绕其一周设置数块呈弧形的轴瓦，初始状态时，所述轴瓦与制动段贴合，其外壁与隔磁摩擦环之间具有间隙，且相邻两块轴瓦的相邻两侧贴合在一起形成轴套；在相邻两块轴瓦的贴合处的外侧设有一橡胶片，相邻两轴瓦通过该橡胶片相连；其中，所述轴瓦的数量与制动段一端的容置槽的数量一致，且轴瓦的两端分别延伸至对应位置的两容置槽的外侧，其弧形方向的中部与容置槽内的摩擦顶块正对；

在制动轴的右端开设有一轴孔，所述轴孔的里端延伸至制动段的中部，其外端由一堵头封闭；在制动段的中部，绕其一周开设有数条导油孔，所述导油孔沿制动段的径向设置，且导油孔的位置与制动段一端的容置槽的位置相对应；该导油孔的里端延伸至与轴孔相连通，其中部通过连接孔与相对应位置的两容置槽相连通；在导油孔的外端设有一过滤器，且过滤器与制动壳体内壁之间具有间隙；在轴瓦上，对应过滤器的位置，设有一通孔，轴瓦通过该通孔套设在过滤器上，并与过滤器滑动配合相连；

在轴瓦外壁与制动壳体内壁之间的间隙内填充有磁流变液，在轴孔、导油孔、连接孔以及容置槽内填充有硅油。

2.根据权利要求1所述的一种热挤变体积百分数轴瓦式磁流变液制动器，其特征在于：所述过滤器包括筒状壳体和过滤膜，所述筒状壳体的一端与制动段固定连接并与导油孔相连通，另一端延伸至与隔磁摩擦环形成错位，且与制动圆筒内壁之间具有间隙；所述轴瓦与筒状壳体滑动配合相连，其中，在轴瓦与筒状壳体之间设有第二密封圈，该第二密封圈与轴瓦固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种热挤变体积百分数轴瓦式磁流变液制动器，其特征在于：所述摩擦顶块的内侧设有一导杆，在导向柱的沿其轴向设有一导向孔，所述导杆伸入该导向孔内，并与导向柱滑动配合相连。

4.根据权利要求1所述的一种热挤变体积百分数轴瓦式磁流变液制动器，其特征在于：在制动段的两端分别设有一挡环，所述挡环的内侧与制动段固定连接，外侧延伸至与隔磁摩擦环形成错位；所述轴瓦的两端分别与两挡环贴合，并能紧贴挡环沿制动段的径向移动。

5.根据权利要求1所述的一种热挤变体积百分数轴瓦式磁流变液制动器，其特征在于：在制动圆筒上设有一注液孔，该注液孔与制动壳体内部连通，在该注液孔内配合设有一注液螺塞。

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