CN111765181B - 一种全间隙可调磁流变动力传递装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种全间隙可调磁流变动力传递装置，采用包覆式传动结构，包括动力输入部和动力输出部，动力输入部包括动力传递装置主动部、主动部小型环状励磁线圈、动力输入轴，动力输出部包括动力传递装置从动部、从动部左侧轴向励磁线圈、周向励磁线圈、从动部小型环状励磁线圈、动力输出轴、从动部右侧轴向励磁线圈，动力传递装置主动部与动力传递装置从动部之间设有小型流道，构成全间隙传动空间，磁流变液通过小型流道流入动力输入轴与动力输出轴的工作空间中。实现全间隙传动、体积小、响应快、可有效补偿两轴线相对位移能力，缓冲、减震效果明显、工作扭矩可调可控且具有较好的过载保护功能，避免工作界面暴露在外界环境中。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁流变液动力传递装置，具体是一种全间隙可调磁流变动力传递装置，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来将不同机构中主动轴与从动轴牢固的连接起来一同旋转，并传递运动和扭矩的机械装置。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，其具有独特的流变性能，在外加磁场作用下，磁流变液粘度会以毫秒级的响应速度由液态转变为半固态，且这种改变是可逆的。磁流变液动力传递装置是一种以磁流变液作为工作介质，分别利用磁流变液的独特流变特性来调节输出转矩或转速、增强动力传递装置的使用安全性、降低动力传递装置装配难度、增加弹性变形能力的新型可控传动器件。常见的动力传递装置结构可分为刚性动力传递装置和挠性动力传递装置，刚性动力传递装置可传递较大扭矩，但不具备缓冲性和补偿两轴线相对位移的能力，对轴的加工精度要求较高，使用过程中，常因各种外因出现较大幅度振动，降低装置使用寿命的问题；挠性动力传递装置则受到弹性元件强度限制，无法传递较大扭矩，无法应用于矿井、风机等需要大扭矩传动领域。同时，为了更加好的传递动力或者扭矩，传统动力传递装置与轴间的配合虽然多为间隙配合，但因加工问题或其他客观原因经常会导致装置前期装配困难，后期维修难以拆卸的问题。因此，本发明设计了一种全间隙可调磁流变动力传递装置，以达到可输出较大转矩、转矩可调可控、减少装置整体振动的目的。同时，利用磁流变液的流变性能解决动力传递装置拆装困难问题。磁流变动力传递装置整体主要由动力输入部分，动力输出部分，以及磁流变液三个部分组成。动力传递装置主/从动部之间形成的全间隙工作间空间内充满磁流变液作为传动介质；利用磁流变液的可控固化特性，通过改变动力传递装置从动部中励磁线圈的类型和电流大小，可固化不同厚度的磁流变液，从而达到微调主/从动部间隔大小，改善装置对中问题，减少整体振动发的目的，进而连续、稳定的传递较大输出转矩，装置传递扭矩可随工作需求实时调控，整体密封性好，适用于煤矿等工况环境较为恶劣场所。同样，与传统动力传递装置相比，本发明同时具备刚性动力传递装置与挠性动力传递装置的多种优点，结构简单、励磁方便，传递扭矩时不受弹性元件强度限制，拆装、维护方便，使用寿命高。
目前，对磁流变动力传递装置研究的专利有很多。2012年12月26日公开的中国专利“一种锯齿式磁流变动力传递装置”（申请号：CN201220280549.7），该装置在圆筒式箱体内开有凹槽，凹槽内设电磁线圈，主动圆盘和从动圆盘设置有互相啮合三角形结构牙型，可以通过控制外加磁场的强度达到控制磁流变液剪切屈服强度，使磁流变液的粘性力在一定的范围内连续变化从而实现传递大扭矩的效果，且易于控制，但结构较为复杂，拆装困难。2018年10月9日公开的中国专利“紧凑式摆线轮磁流变动力传递装置”（公开号：CN106499747B），该装置将外摆线轮套筒设计为由摆线轮与内隔磁环固定连接组成的中空桶状结构，其两端分别与旋转法兰与输出端动力传递装置通过隔磁不锈钢螺钉连接，内旋转部件、外旋转部件通过轴承连接，具有结构紧凑，制造成本低，维护保养方便并且能够传递扭矩的优点，但由于工作空间限制，无法传递较大扭矩，同时，无法对工作空间磁场进行局部调整。上述两种发明均存在难以传递较大扭矩，无法对工作空间磁场进行细微调控的缺点。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种全间隙可调磁流变动力传递装置，采用包覆式结构，实现全间隙传动、体积小、响应快、可有效补偿两轴线相对位移的能力，缓冲、减震效果明显、工作扭矩可调可控且具有较好的过载保护功能，同时，避免工作界面暴露在外界环境中，适用于煤矿等大功率扭矩传递场合。
为了实现上述目的，本全间隙可调磁流变动力传递装置包括动力输入部和动力输出部，所述动力输入部包括动力传递装置主动部、主动部小型环状励磁线圈、动力输入轴，所述动力传递装置主动部为圆盘式结构，动力传递装置主动部内侧与动力输入轴的工作空间中通过凹槽设置有主动部小型环状励磁线圈；
所述动力输出部包括动力传递装置从动部、从动部左侧轴向励磁线圈、周向励磁线圈、从动部小型环状励磁线圈、动力输出轴、从动部右侧轴向励磁线圈，所述动力传递装置从动部为中空圆筒式结构，动力传递装置从动部内侧与动力输出轴的工作空间中通过凹槽设置有从动部小型环状励磁线圈，所述动力传递装置从动部内侧设置从动部左侧轴向励磁线圈、周向励磁线圈和从动部右侧轴向励磁线圈；
所述动力传递装置为包覆式结构，动力传递装置主动部与动力传递装置从动部之间设有小型流道，构成全间隙传动空间，在该空间中充满磁流变液；磁流变液通过小型流道流入动力输入轴与动力输出轴的工作空间中。
所述从动部左侧轴向励磁线圈设于动力传递装置从动部左侧内壁沿轴向绕制，并配合安装有从动部左侧隔磁环；
从动部右侧轴向励磁线圈设于动力传递装置从动部右侧内壁沿轴向绕制，并配合安装有从动部右侧隔磁环；
周向励磁线圈设于动力传递装置从动部上下两侧内壁沿周向绕制，并配合安装有周向励磁线圈隔磁环。
所述动力传递装置主动部与动力传递装置从动部的接触位置设有环状阶梯型凸台，环状阶梯型凸台的右侧设有锯齿形沟槽。
所述动力传递装置从动部与动力传递装置主动部的配合处开设有环状阶梯型凹槽，环状阶梯型凹槽的右侧设有矩形永磁铁安装槽，矩形永磁铁安装槽内安装有矩形永磁铁。
所述从动部左侧轴向励磁线圈、从动部右侧轴向励磁线圈及周向励磁线圈均可多层绕制，每层励磁线圈可分别搭配独立电流源控制。
与现有技术相比，本发明采用包覆式结构，动力传递装置主/从动部之间可形成多个工作间隙，可进行全间隙传动，增大动力传递装置扭矩传递范围；包覆式结构可以使发明的核心工作空间不暴露于外界环境中，不易受外界环境影响，适用于煤矿、露天等恶劣工况环境下；励磁线圈内置于动力传递装置从动部内侧，且分布于工作间隙四周，简化整体装置体积，结构紧凑，降低成本，且可绕制不同类型（周向线圈、轴向线圈），周向线圈设置在动力传递装置从动部上下两侧内壁沿周向绕制，可在工作空间内产生轴向磁场；轴向线圈设置在动力传递装置从动部的左/右两侧内壁沿轴向绕制，可在工作空间内产生周向磁场，调节不同位置磁场的均与性，装置可根据传动需求，调整动力传递装置输出转矩，励磁线圈均可绕制多层（即多级线圈），且每层励磁线圈分别搭配独立电流源控制。通过不同磁场条件下，磁流变液固化厚度不同的特点，可根据传动情况，实时调整动力传递装置输出扭矩，同理，通过在不同工作空间内附加不同磁场，微调动力传递装置主/从动部之间的工作空间内磁流变液厚度，增强动力传递装置补偿两轴线相对位移的能力，减少传动过程中因不对中问题导致的剧烈振动；动力传递装置主/从动部均设置小型流道，磁流变液可以通过流道进入动力传递装置与动力输入/出轴的工作空间，且动力传递装置与轴的工作空间内设有多个小型凹槽，槽内可设置小型环状激磁线圈。当附加电流时，利用磁流变液在磁场作用下发生液-固转化的原理，加强动力传递装置主/从动部与动力输入/出轴间的固定效果，增加装置的安全性；关闭电流时，磁流变液从固态转换为液态，使动力传递装置便于安装、拆卸。通过利用磁流变液自身流变特性，可以有效降低动力传递装置与轴间的装配精度和加工难度，在增强发明整体经济性的同时，还能加强动力传递装置与轴间的使用安全性；动力传递装置主动部采用圆盘式结构，在与动力传递装置从动部接触位置设计有环状阶梯型凸台，凸台右侧设计有锯齿形沟槽，加强动力传递装置主动部与从动部之间的安装紧密性，防止高速旋转过程中动力传递装置解体及避免工作空间磁流变液外泄；动力传递装置从动部采用中空圆筒式结构，与动力传递装置主动部配合处开有阶梯状凹槽，凹槽右侧装有永磁铁，防止高速旋转过程中动力传递装置解体及利用磁流变效应防止磁流变液从动力传递装置主/从动部接触处泄露；动力传递装置主/从动部采用导磁性能优越的电工纯铁、20钢等材料，从动部内部隔磁环采用黄铜等隔磁材料制成，磁力线可均匀分布在传动空间内，有效增强发明整体传动效率。
附图说明
图1是本发明的主体结构示意图；
图2 是本发明动力传递装置主/从动部安装示意图；
图中：1、动力传递装置从动部，1-1、矩形永磁铁安装槽，1-2、环状阶梯型凹槽，2、从动部左侧轴向励磁线圈，3、动力传递装置主动部，3-1、环状阶梯型凸台，3-2、锯齿形沟槽，4、主动部小型环状励磁线圈，5、动力输入轴，6、矩形永磁铁，7、从动部左侧隔磁环，8、周向励磁线圈，9、周向励磁线圈隔磁环，10、从动部右侧隔磁环，11、从动部小型环状励磁线圈，12、动力输出轴，13、从动部右侧轴向励磁线圈，14、磁流变液, 15、小型流道。
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和图2所示，本全间隙可调磁流变动力传递装置包括动力输入部和动力输出部，所述动力输入部包括动力传递装置主动部3、主动部小型环状励磁线圈4、动力输入轴5，所述动力传递装置主动部3为圆盘式结构，动力传递装置主动部3内侧与动力输入轴5的工作空间中通过凹槽设置有主动部小型环状励磁线圈4，通过多个小型环状励磁线圈4提供外加磁场，增强动力传递装置与轴之间的连接强度；当附加电流时，磁流变液14在磁场作用下发生液-固转化的原理，从而加强动力传递装置主/从动部与动力输入/出轴间的固定效果，增加装置的安全性；关闭电流时，磁流变液14从固态转换为液态，使动力传递装置便于安装、拆卸。通过利用磁流变液自身流变特性，可以有效降低动力传递装置与轴间的装配精度，加工难度，增强发明整体经济性的同时，还能加强动力传递装置与轴间的使用安全性。
所述动力输出部包括动力传递装置从动部1、从动部左侧轴向励磁线圈2、周向励磁线圈8、从动部小型环状励磁线圈11、动力输出轴12、从动部右侧轴向励磁线圈13，所述动力传递装置从动部1为中空圆筒式结构，动力传递装置从动部1内侧与动力输出轴12的工作空间中通过凹槽设置有从动部小型环状励磁线圈11，通过多个小型环状励磁线圈11提供外加磁场，实现磁流变液自身的流-固转换，增强动力传递装置与传动轴之间连接强度和装配便携性。所述动力传递装置从动部1内侧设置从动部左侧轴向励磁线圈2、周向励磁线圈8和从动部右侧轴向励磁线圈13；
所述动力传递装置为包覆式结构，动力传递装置主动部3与动力传递装置从动部1之间设有小型流道15，构成全间隙传动空间，在该空间中充满磁流变液14，可进行全间隙传动，增大动力传递装置扭矩传递范围。同时，包覆式结构可以使核心工作空间不暴露于外界环境中，不易受外界环境影响，适用于煤矿、露天等恶劣工况环境下；磁流变液14通过小型流道15流入动力输入轴5与动力输出轴12的工作空间中。
进一步，所述从动部左侧轴向励磁线圈2设于动力传递装置从动部1左侧内壁沿轴向绕制，并配合安装有从动部左侧隔磁环7；从动部右侧轴向励磁线圈13设于动力传递装置从动部1右侧内壁沿轴向绕制，可在工作空间内产生周向磁场，并配合安装有从动部右侧隔磁环10；周向励磁线圈8设于动力传递装置从动部1上下两侧内壁沿周向绕制，可在工作空间内产生轴向磁场，并配合安装有周向励磁线圈隔磁环9。装置可根据传动需求，调整动力传递装置输出转矩，以此简化整体装置体积，结构紧凑，降低成本。
进一步，所述动力传递装置主动部3与动力传递装置从动部1的接触位置设有环状阶梯型凸台3-1，环状阶梯型凸台3-1的右侧设有锯齿形沟槽3-2。加强动力传递装置主动部与从动部之间的安装紧密性，防止高速旋转过程中动力传递装置解体及避免工作空间磁流变液外泄。
进一步，所述动力传递装置从动部1与动力传递装置主动部3的配合处开设有环状阶梯型凹槽1-2，环状阶梯型凹槽1-2的右侧设有矩形永磁铁安装槽1-1，矩形永磁铁安装槽1-1内安装有矩形永磁铁6，可以有效防止高速旋转过程中动力传递装置解体及磁流变液从动力传递装置主/从动部接触处泄露的问题。
进一步，所述从动部左侧轴向励磁线圈2、从动部右侧轴向励磁线圈13及周向励磁线圈8均可多层绕制，每层励磁线圈可分别搭配独立电流源控制。根据不同磁场条件下，磁流变液固化厚度不同的特点，可根据传动需求，实时调整动力传递装置输出扭矩，同理，通过在不同工作空间内附加不同磁场，微调动力传递装置主/从动部之间的工作空间内磁流变液厚度，增强动力传递装置补偿两轴线相对位移的能力，减少传动过程中因不对中问题导致的剧烈振动。
综上所述，本发明采用包覆式结构，动力传递装置主/从动部之间形成多个工作间隙，可进行全间隙传动，增大动力传递装置扭矩传递范围；包覆式结构可使核心工作空间不暴露于外界环境中，不易受外界环境影响，适用于煤矿、露天等恶劣工况环境下；励磁线圈内置于动力传递装置从动部内侧，分布于工作间隙四周，简化整体装置体积，结构紧凑，降低成本，且可绕制不同类型（周向线圈、轴向线圈），周向线圈布置在动力传递装置从动部上下两侧内壁沿周向绕制，可在工作间隙内产生轴向磁场；轴向线圈布置在动力传递装置从动部的左/右两侧内壁沿轴向绕制，可在工作间隙内产生周向磁场，励磁线圈均可绕制多层（即多级线圈），且每层励磁线圈分别搭配独立电流源控制。根据不同磁场条件下，磁流变液固化厚度不同的特点，可根据传动需求，实时调整动力传递装置输出扭矩，同理，通过在不同工作空间内附加不同磁场，微调动力传递装置主/从动部之间的工作空间内磁流变液厚度，增强动力传递装置补偿两轴线相对位移的能力，减少传动过程中因不对中问题导致的剧烈振动；动力传递装置主/从动部均设置小型流道，磁流变液可以通过流道进入动力传递装置与动力输入/出轴的工作空间，且动力传递装置与轴的工作空间内设计有多个小型凹槽，槽内可布置小型环状激磁线圈。当附加电流时，利用磁流变液在磁场作用下发生液-固态转化，有效增强动力传递装置主/从动部与动力输入/出轴间的固定效果，增加装置的安全性；关闭电流时，磁流变液从固-液态转化，使动力传递装置便于安装、拆卸。通过利用磁流变液自身流变特性，可以有效降低动力传递装置与轴之间的装配精度和加工难度，在增强发明整体经济性的同时，还能加强动力传递装置与轴之间的使用安全性；动力传递装置主动部采用圆盘式结构，在与动力传递装置从动部接触位置设计有环状阶梯型凸台，凸台右侧设计有锯齿形沟槽，可加强动力传递装置主动部与从动部之间的安装紧密性，防止高速旋转过程中动力传递装置发生解体现象；动力传递装置从动部采用中空圆筒式结构，与动力传递装置主动部配合处开有阶梯状凹槽，凹槽右侧装有永磁铁，利用磁流变效应，防止磁流变液从动力传递装置主/从动部接触处泄露；动力传递装置主/从动部采用导磁性能优越的电工纯铁、20钢等材料，从动部内部隔磁环采用黄铜等隔磁材料制成，磁力线可均匀分布在传动空间内，有效增强发明整体传动效率。
Claims (7)
1.一种全间隙可调磁流变动力传递装置，包括动力输入部和动力输出部，其特征在于，
所述动力输入部包括动力传递装置主动部(3)、主动部小型环状励磁线圈(4)、动力输入轴(5)，所述动力传递装置主动部(3)为圆盘式结构，动力传递装置主动部(3)内侧与动力输入轴(5)的工作空间中通过凹槽设置有主动部小型环状励磁线圈(4)；
所述动力输出部包括动力传递装置从动部(1)、从动部左侧轴向励磁线圈(2)、周向励磁线圈(8)、从动部小型环状励磁线圈(11)、动力输出轴(12)、从动部右侧轴向励磁线圈(13)，所述动力传递装置从动部(1)为中空圆筒式结构，动力传递装置从动部(1)内侧与动力输出轴(12)的工作空间中通过凹槽设置有从动部小型环状励磁线圈(11)，所述动力传递装置从动部(1)内侧设置有从动部左侧轴向励磁线圈(2)、周向励磁线圈(8)和从动部右侧轴向励磁线圈(13)；
所述动力传递装置为包覆式结构，动力传递装置主动部(3)与动力传递装置从动部(1)之间设有小型流道(15)，构成全间隙传动空间，在该空间中充满磁流变液(14)；磁流变液(14)通过小型流道(15)流入动力输入轴(5)与动力输出轴(12)的工作空间中。
2.根据权利要求1所述的一种全间隙可调磁流变动力传递装置，其特征在于，
所述从动部左侧轴向励磁线圈(2)设于动力传递装置从动部(1)左侧内壁沿轴向绕制，并配合安装有从动部左侧隔磁环(7)。
3.根据权利要求1所述的一种全间隙可调磁流变动力传递装置，其特征在于，
所述从动部右侧轴向励磁线圈(13)设于动力传递装置从动部(1)右侧内壁沿轴向绕制，并配合安装有从动部右侧隔磁环(10)。
4.根据权利要求1所述的一种全间隙可调磁流变动力传递装置，其特征在于，
所述周向励磁线圈(8)设于动力传递装置从动部(1)上下两侧内壁沿周向绕制，并配合安装有周向励磁线圈隔磁环(9)。
5.根据权利要求1所述的一种全间隙可调磁流变动力传递装置，其特征在于，
所述动力传递装置主动部(3)与动力传递装置从动部(1)的接触位置设有环状阶梯型凸台(3-1)，环状阶梯型凸台(3-1)的右侧设有锯齿形沟槽(3-2)。
6.根据权利要求1所述的一种全间隙可调磁流变动力传递装置，其特征在于，
所述动力传递装置从动部(1)与动力传递装置主动部(3)的配合处开设有环状阶梯型凹槽(1-2)，环状阶梯型凹槽(1-2)的右侧设有矩形永磁铁安装槽(1-1)，矩形永磁铁安装槽(1-1)内安装有矩形永磁铁(6)。
7.根据权利要求1所述的一种全间隙可调磁流变动力传递装置，其特征在于，
所述从动部左侧轴向励磁线圈(2)、从动部右侧轴向励磁线圈(13)及周向励磁线圈(8)均可多层绕制，每层励磁线圈可分别搭配独立电流源控制。
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