CN113567020B - 一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备，包括中心转轴、外壳体、内壳体、固定盘安装筒、磁流变流体、励磁线圈、传感器、若干固定导磁盘和若干旋转导磁剪切盘。采用本发明公开的一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备，不仅大幅增加了转矩的测量范围，提高了电动执行机构转矩测试设备的通用性；而且磁流变流体的均匀性极佳，受环境影响极小，响应时间短，大幅提高了电动执行机构转矩测试设备的测量精度和测试效率；同时发热量小，无需额外增加散热设备或散热结构，能够保证电动执行机构转矩测试设备的稳定运行，不仅结构紧凑，大大减小了电动执行机构转矩测试设备的体积，降低了生产成本。

Description

一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备

技术领域

本发明涉及电动执行机测试设备技术领域，具体涉及一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备。

背景技术

传统的电动执行机构转矩测试设备采用铁粉等固体粉状介质来提供剪切阻尼，铁粉极易受潮成坨和生锈，导致工作时存在受力不均的问题，影响电动执行机构转矩测试设备的测量精度和测试效率；而且测试剪切铁粉时，由于剪切盘与固体颗粒之间的直接摩擦会产生大量的热量，需要加装水冷散热系统对电动执行机构转矩测试设备进行散热，以保证电动执行机构转矩测试设备的稳定运行，导致传统的电动执行机构转矩测试设备结构复杂，价格高昂；同时，铁粉仅能提供单面或者最多双面剪切阻尼力，使得转矩的测量范围较小，不能够进行调节，导致电动执行机构转矩测试设备的通用性不足。

解决以上问题成为当务之急。

发明内容

为解决以上的技术问题，本发明提供了一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备。

其技术方案如下：

一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备，包括中心转轴、外壳体以及固定在外壳体内部的内壳体，所述内壳体为中空的圆柱体结构，所述中心转轴从外向内插入外壳体后再沿轴向贯穿内壳体，并能够在电动执行机构的带动下相对外壳体和内壳体转动，所述中心转轴上设置有用于测量其力矩和转速的传感器，其要点在于：所述内壳体中同轴设置有呈圆筒形结构的固定盘安装筒，该固定盘安装筒与内壳体合围形成中空圆柱体结构的磁流变流体填充腔室，该磁流变流体填充腔室中充满磁流变流体，所述固定盘安装筒的内壁固定安装有至少一个固定导磁盘，以将磁流变流体填充腔室分隔成至少两个沿中心转轴轴向并排的磁流变流体通道，所述中心转轴穿过各固定导磁盘，并与固定导磁盘之间留有间隙，各磁流变流体通道中均设置有一个同步转动地安装在中心转轴上的旋转导磁剪切盘，各旋转导磁剪切盘的外缘与固定盘安装筒的内壁之间留有间隙，所述固定盘安装筒外缠有励磁线圈，所述中心转轴和固定盘安装筒采用非导磁材料制成，所述内壳体、固定导磁盘和旋转导磁剪切盘采用导磁材料制成。

作为优选：所述固定盘安装筒由若干同轴并排设置的中间固定环组成，相邻中间固定环之间均固定有一个所述固定导磁盘。

采用以上结构，不仅能够保证固定导磁盘安装的可靠性，而且易于装配。

作为优选：所述内壳体包括呈圆筒形结构的导磁圆筒以及分别盖合在导磁圆筒上下两端的上圆形导磁盖板和下圆形导磁盖板，所述中心转轴贯穿上圆形导磁盖板和下圆形导磁盖板，并能够相对上圆形导磁盖板和下圆形导磁盖板转动，所述固定盘安装筒的上下两端分别与上圆形导磁盖板和下圆形导磁盖板的内表面抵接。

采用以上结构，结构简单可靠，易于装配。

作为优选：还包括测试设备控制器、用于采集传感器输出信号的数据采集器和用于向传感器和励磁线圈供电的可调直流电源，所述测试设备控制器能够采集和处理数据采集器传输的信号，同时控制可调直流电源以及与电动执行机构连接的电动执行机构电源和电动执行机构控制器。

采用以上结构，测试设备控制器不仅能够采集和处理数据采集器传输过来的信号，显示力矩和转速情况，而且能够通过控制可调直流电源调节励磁线圈激发的磁场强度，改变磁流变流体的粘度，同时还能够控制电动执行机构的电动执行机构电源和电动执行机构控制器，调节电动执行机构的转速。

作为优选：所述外壳体上设置有法兰连接座，该法兰连接座的两端分别设置有外壳体连接法兰和电动执行机构连接法兰，所述外壳体连接法兰通过螺栓与外壳体连接，所述中心转轴延伸至法兰连接座的中心孔中。

采用以上结构，能够稳定可靠地与电动执行机构连接。

作为优选：所述中心转轴位于中心孔的一端端面上开设有花键槽。

采用以上结构，能够简单可靠地连接电动执行机构的输出轴。

作为优选：所述磁流变流体为磁流变脂。

采用以上结构，既具有较好的流动性和耐压性，又具有固定的磁性；从而能够更精确地控制磁流体的轴向剪切力，响应时间短；同时，长期静置不会发生沉降，均匀性好。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、通过调节励磁线圈的电流大小，能够快速精确地调整磁场强度，从而改变磁流变流体的粘度，同时配合能够提供多面剪切阻尼的磁流变阻尼结构，大幅增加了转矩的测量范围，提高了电动执行机构转矩测试设备的通用性；

2、磁流变流体的均匀性极佳，受环境影响极小，不会发生受潮成坨和生锈等问题，同时响应时间短，能够很好地保证测试时受力均匀，大幅提高了电动执行机构转矩测试设备的测量精度和测试效率；

3、磁流变流体的润滑性极佳，旋转导磁剪切盘转动时摩擦发热量小，无需额外增加散热设备或散热结构，能够保证电动执行机构转矩测试设备的稳定运行，不仅结构紧凑，大大减小了电动执行机构转矩测试设备的体积，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备，其主要包括中心转轴1、外壳体2、检测控制机构以及多盘剪切阻尼装置。其中，多盘剪切阻尼装置主要包括内壳体3、固定盘安装筒4、磁流变流体5、励磁线圈9、若干固定导磁盘6和若干旋转导磁剪切盘7。内壳体3为中空的圆柱体结构，并固定在外壳体2内部，中心转轴1从外向内插入外壳体2后再沿轴向贯穿内壳体3，并能够在电动执行机构的带动下相对外壳体2和内壳体3转动，检测控制机构的传感器8用于测量中心转轴1的力矩和转速，从而获得电动执行机构的转矩。

具体地说，固定盘安装筒4为与内壳体3同轴的圆筒形结构，固定盘安装筒4与内壳体3合围形成中空圆柱体结构的磁流变流体填充腔室，磁流变流体填充腔室中充满磁流变流体5。

各固定导磁盘6固定安装在固定盘安装筒4的内壁上从而将磁流变流体填充腔室分隔成若干沿中心转轴1轴向并排的磁流变流体通道，固定导磁盘6为圆盘形结构，固定导磁盘6的中心位置设置有供中心转轴1通过的固定导磁盘中心孔6a，并且，固定导磁盘中心孔6a的内壁与中心转轴1的外周面之间具有间隙，从而能够供磁流变流体5流过。

各磁流变流体通道中均设置有一个同步转动地安装在中心转轴1上的旋转导磁剪切盘7，旋转导磁剪切盘7也为圆盘形结构，各旋转导磁剪切盘7的外缘与固定盘安装筒4的内壁之间留有间隙。同时，励磁线圈9沿周向缠绕在固定盘安装筒4的外部，并且，中心转轴1和固定盘安装筒4采用非导磁材料制成，内壳体3、固定导磁盘6和旋转导磁剪切盘7采用导磁材料制成。因此，励磁线圈9通电以后激发形成磁场，内壳体3、磁流变流体5、各固定导磁盘6和各旋转导磁剪切盘7形成磁通路。

检测控制机构还包括测试设备控制器10、用于采集传感器8输出信号的数据采集器11和用于向传感器8和励磁线圈9供电的可调直流电源12，测试设备控制器10能够采集和处理数据采集器11传输的信号，同时控制可调直流电源12以及与电动执行机构连接的电动执行机构电源13和电动执行机构控制器14，电动执行机构电源13用于向电动执行机构供电，电动执行机构控制器14用于控制电动执行机构的转速或开度。通过测试设备控制器10，控制可调直流电源12输出给励磁线圈9电流的大小，使得磁流变流体填充腔室中的磁场大小发生变化，从而使磁流变流体5发生磁流变效应，阻碍旋转导磁剪切盘7转动，形成阻尼转矩，通过传感器8即可获得被测试电动执行机构的输出转矩、转速等信息。

具体地说，首先将电动执行机构与外壳体2固定，然后将电动执行机构电源13和电动执行机构控制器14与电动执行机构连接，接下来依据电动执行机构的信号，通过测试设备控制器10调节可调直流电源12给励磁线圈9的输出电流大小，同时通过测试设备控制器10调节电动执行机构控制器14，以控制电动执行机构的转速，最后通过数据采集器11采集传感器8的输出信号，并送到测试设备控制器10进行分析处理，由于测试设备控制器10集成有显示器，从而能够实时在线显示电动执行机构的转矩和转速等信息。

进一步地，固定盘安装筒4由若干同轴并排设置的中间固定环4a组成，相邻中间固定环4a之间均固定有一个固定导磁盘6，不仅能够保证固定导磁盘安装的可靠性，而且易于装配。中间固定环4a优选采用不锈钢材质制成，不仅结构强度高，而且耐腐蚀能力强。

内壳体3包括呈圆筒形结构的导磁圆筒3a以及分别盖合在导磁圆筒3a上下两端的上圆形导磁盖板3b和下圆形导磁盖板3c，中心转轴1贯穿上圆形导磁盖板3b和下圆形导磁盖板3c，并能够相对上圆形导磁盖板3b和下圆形导磁盖板3c转动，固定盘安装筒4的上下两端分别与上圆形导磁盖板3b和下圆形导磁盖板3c的内表面抵接，结构简单可靠，易于装配。

同样的，外壳体2包括外壳体侧壁2a以及分别盖合在外壳体侧壁2a上下两端的外壳体上盖2b和外壳体下盖2c，结构简单可靠，易于装配。需要指出的是，外壳体2采用非导磁材料指出，且为长方体结构，易于安装布置，并且，外壳体下盖2c的下表面向下凸出形成有外壳体支脚2c1，以保证设备的可靠放置，同时，外壳体下盖2c的上表面向上凸出形成有内壳体安装支架2c2，下圆形导磁盖板3c固定在内壳体安装支架2c2上。

进一步地，外壳体2上设置有法兰连接座15，法兰连接座15的两端分别设置有外壳体连接法兰15a和电动执行机构连接法兰15b，外壳体连接法兰15a通过螺栓与外壳体2连接，中心转轴1延伸至法兰连接座15的中心孔15c中，电动执行结构能够通过螺栓可靠地与电动执行机构连接法兰15b连接。同时，中心转轴1位于中心孔15c的一端端面上开设有花键槽1a，从而能够简单可靠地连接电动执行机构的输出轴。

磁流体可以为磁流变脂、磁流变液或者其它流动磁性物质材料。磁流变液是由高磁导率、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，但磁流变液长期静置会产生沉降问题，磁流变效应会极大地降低，磁流变脂是一种全新的可控流体材料，其载体液采用硅级粘弹性流体，温度适应范围宽-70℃至230℃，剪切屈服应力可达120千帕，响应时间约为50毫秒，磁控粘度调节范围宽约15至20倍，在外加载荷作用下体积可压缩10％至15％，长期静置不会发生沉降，且均匀性好。因此，本实施例中，磁流变流体优选采用磁流变脂。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备，包括中心转轴(1)、外壳体(2)以及固定在外壳体(2)内部的内壳体(3)，所述内壳体(3)为中空的圆柱体结构，所述中心转轴(1)从外向内插入外壳体(2)后再沿轴向贯穿内壳体(3)，并能够在电动执行机构的带动下相对外壳体(2)和内壳体(3)转动，所述中心转轴(1)上设置有用于测量其力矩和转速的传感器(8)，其特征在于：所述内壳体(3)中同轴设置有呈圆筒形结构的固定盘安装筒(4)，该固定盘安装筒(4)与内壳体(3)合围形成中空圆柱体结构的磁流变流体填充腔室，该磁流变流体填充腔室中充满磁流变流体(5)，所述固定盘安装筒(4)的内壁固定安装有至少一个固定导磁盘(6)，以将磁流变流体填充腔室分隔成至少两个沿中心转轴(1)轴向并排的磁流变流体通道，所述中心转轴(1)穿过各固定导磁盘(6)，并与固定导磁盘(6)之间留有间隙，各磁流变流体通道中均设置有一个同步转动地安装在中心转轴(1)上的旋转导磁剪切盘(7)，各旋转导磁剪切盘(7)的外缘与固定盘安装筒(4)的内壁之间留有间隙，所述固定盘安装筒(4)外缠有励磁线圈(9)，所述中心转轴(1)和固定盘安装筒(4)采用非导磁材料制成，所述内壳体(3)、固定导磁盘(6)和旋转导磁剪切盘(7)采用导磁材料制成。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备，其特征在于：所述固定盘安装筒(4)由若干同轴并排设置的中间固定环(4a)组成，相邻中间固定环(4a)之间均固定有一个所述固定导磁盘(6)。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备，其特征在于：所述内壳体(3)包括呈圆筒形结构的导磁圆筒(3a)以及分别盖合在导磁圆筒(3a)上下两端的上圆形导磁盖板(3b)和下圆形导磁盖板(3c)，所述中心转轴(1)贯穿上圆形导磁盖板(3b)和下圆形导磁盖板(3c)，并能够相对上圆形导磁盖板(3b)和下圆形导磁盖板(3c)转动，所述固定盘安装筒(4)的上下两端分别与上圆形导磁盖板(3b)和下圆形导磁盖板(3c)的内表面抵接。

4.根据权利要求1所述的一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备，其特征在于：还包括测试设备控制器(10)、用于采集传感器(8)输出信号的数据采集器(11)和用于向传感器(8)和励磁线圈(9)供电的可调直流电源(12)，所述测试设备控制器(10)能够采集和处理数据采集器(11)传输的信号，同时控制可调直流电源(12)以及与电动执行机构连接的电动执行机构电源(13)和电动执行机构控制器(14)。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备，其特征在于：所述外壳体(2)上设置有法兰连接座(15)，该法兰连接座(15)的两端分别设置有外壳体连接法兰(15a)和电动执行机构连接法兰(15b)，所述外壳体连接法兰(15a)通过螺栓与外壳体(2)连接，所述中心转轴(1)延伸至法兰连接座(15)的中心孔(15c)中。

6.根据权利要求5所述的一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备，其特征在于：所述中心转轴(1)位于中心孔(15c)的一端端面上开设有花键槽(1a)。

7.根据权利要求1所述的一种基于磁流变技术的电动执行机构转矩测试设备，其特征在于：所述磁流变流体为磁流变脂。

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