CN113931940A - 一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置，包括主动轴、从动壳体以及从动轴，所述主动轴扩大形成传动段，在传动段与左端盖和右端盖之间分别设有一挤压盘，在传动段的两端分别形状记忆合金弹簧，在挤压盘与左端盖和右端盖之间间隙内均填充有磁流变液；在传动段的侧壁上设有线圈槽，在线圈槽内绕设有励磁线圈；在传动段的中部还设有导热通道，在各容置槽与线圈槽之间设有导热孔，在导热通道、连接孔以及导热孔内均填充有导热液。本发明利用励磁线圈发热传给形状记忆合金弹簧，弹簧再驱动挤压盘，达到变体积分数及挤压强化作用，能较大提高装置传递的转矩，并且稳定性好、连续性好，更容易控制。

Description

一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置

技术领域

本发明涉及动力传递技术领域，尤其涉及一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置。

背景技术

磁流变液作为一种形态和性能受外加磁场约束和控制的固液两相智能材料，是由基础液与均匀分布于基础液中的微米尺寸磁性颗粒构成的特殊非胶性悬浮液体。在磁感应强度增大过程中，这些流体的表观粘度可以表现出几个数量级的变化，具有一定的剪切屈服强度，并且可由外加磁场连续控制。基于磁流变液控制连续、转变可逆、响应迅速的特点开发出的制动器和离合器具有独特的性能。形状记忆合金是一类具有形状记忆效应和超弹性的智能合金材料。宏观上表现为形状记忆合金加热后变形逐渐恢复。形状记忆合金所具有的独特形状记忆效应，在医疗、控制、机械和能源等领域广泛应用。

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CN105351074A公开的“一种变体积百分数磁流变液风扇离合器”，利用磁流变液作为传动介质，响应速度快，在低温条件下，形状记忆合金触片开关断开，励磁线圈无电流，输出动力由磁流变液的粘性传递，从而在满足散热的条件下更加的节能；如CN111692246A公开的“一种热挤变体积百分数轴瓦式磁流变液制动器”，通过硅油将热量传递到形状记忆合金弹簧，形状记忆合金弹簧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，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；又如CN112253646A公开的“一种基于线圈发热致形状记忆合金挤压轴瓦的磁流变传动装置”，能够将传动装置工作中产生的热能转化为机械能，既减少了能耗，又增强了高温工况下传动装置的传动性能，从而提高传动装置的可靠性和稳定性。

但是如何利用线圈自身发热使形状记忆合金弹簧产生驱动力，从而达到变体积百分数以及挤压强化效应是本领域技术人员急需解决的问题。

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传动装置传递转矩不大，稳定性差，连续性差的问题，提供一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置，能够使转矩传递效率更高，并且稳定性好，连续性好，更容易控制。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置，包括主动轴、从动壳体以及从动轴，所述从动壳体包括依次相连的左端盖、外圆筒以及右端盖，所述主动轴的右端穿过左端盖后伸入从动壳体内，并通过轴承与左端盖和右端盖相连，所示从动轴与右端盖固定连接；其特征在于：所述主动轴位于从动壳体内的部分扩大形成传动段，该传动段的两端与左端盖和右端盖之间具有间距，其侧壁与外圆筒内壁之间具有间隙；在传动段与左端盖和右端盖之间分别设有一挤压盘，所述挤压盘套设在主动轴上，并能沿主动轴的轴向自由移动，在挤压盘的内侧与主动轴之间以及其外侧与外圆筒之间均设有第一密封圈；在传动段的两端，分别绕其一周设有数个容置槽，所述容置槽的轴向与主动轴的轴向一致，在该容置槽内设有形状记忆合金弹簧，所述形状记忆合金弹簧的一端与挤压盘相连，另一端与容置槽的槽底相连；初始状态时，在形状记忆合金弹簧的作用下，挤压盘与传动段紧贴在一起，且挤压盘与左端盖和右端盖之间均具有间隙，在挤压盘与左端盖和右端盖之间间隙内均填充有磁流变液；在挤压盘上还绕其一周设有数个通孔，在该通孔内设有过滤膜，通过该过滤膜能够将磁流变液中的磁性粒子与基液分离。

在传动段的侧壁上，靠近其两端处分别设有一绕其一周的线圈槽，在线圈槽内绕设有励磁线圈；在励磁线圈的外侧设有隔磁环，通过该隔磁环将励磁线圈封闭在线圈槽内；在两线圈槽相背离的一侧还分别设有第二密封圈，该第二密封圈套设在传动段上，并将传动段与外圆筒之间的间隙封闭；在两第二密封圈之间也填充有磁流变液。

在传动段的中部还设有导热通道，所述导热通道沿传动段的径向设置，各容置槽的槽底通过连接孔与该导热通道相连通；在各容置槽的侧壁与线圈槽之间分别设有一导热孔，在导热通道、连接孔以及导热孔内均填充有导热液。

进一步地，在挤压盘上，对应容置槽的位置设有导向杆，所述导向杆的一端与挤压盘相连，另一端沿容置槽的轴向延伸入容置槽内，所述形状记忆合金弹簧套设在该导向杆上。

进一步地，在左端盖和右端盖的内侧还分别嵌设有一限位橡胶圈，所述限位橡胶圈与主动轴同轴心线设置并与传动段的中部正对，且限位橡胶圈对应凸出于左端盖和右端盖。

进一步地，所述左端盖和右端盖分别向相背离的方向凸出形成管状结构的支撑座，主动轴通过轴承与该支撑座相连，在两轴向相向的一侧还分别设有一轴密封圈，通过所述轴密封圈将主动轴与支撑座之间的间隙封闭。

进一步地，所述导向杆的断面呈T型，其大径段与挤压盘相连，在该大径段与容置槽内壁之间设有第三密封圈。

进一步地，在左端盖、右端盖以及外圆筒上分别设有一注液孔，在注液孔内安装有第一注液螺塞。

进一步地，所述导热通道为多条，且多条导热通道在传动段的轴心线处相连通；所述传动段两端的容置槽的位置相对应，位于同一轴心线的容置槽以及位于同一直径上的容置槽与同一导热通道相连通；所述导热通道的端口采用堵头封闭，其中一堵头采用第二注液螺塞，且转动主动轴能使第二注液螺塞的位置与外圆筒上第一注液螺塞的位置正对。

进一步地，在主动轴上还设有一导电滑环，在主动轴的左端设有一轴孔，该轴孔延伸至与导热通道相连通，所述励磁线圈的两端经导热通道和轴孔后与导电滑环相连。

进一步地，在左端盖的外侧设有透盖，该透盖套设在主动轴上，并与左端盖的支撑座固定连接，在透盖与主动轴之间设有毛毡圈；在右端盖的外侧设有闷盖，所述闷盖与右端盖固定连接，所述从动轴与该闷盖固定连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.结构简单，利用磁流变液作为传动介质，响应速度快，励磁线圈通电后，磁流变液在磁场的作用下产生剪切应力，从而带动从动轴转动，达到传递动力的目的，并且传递转矩可由磁场连续控制。

2.当工作时，励磁线圈通电后，线圈会发热导致温度升高，所产生的热能使形状记忆合金弹簧产生驱动力，推动挤压盘使磁流变液中基础液流出后，磁性颗粒体积分数上升，磁流变液的剪切应力增大，使磁流变液传动性能增强。

3.形状记忆合金弹簧使磁流变液体积分数增大100%后，温度继续升高，形状记忆合金弹簧产生的挤压力使磁流变液产生挤压强化效应，进一步增大磁流变液的剪切应力，电流越大，磁场强度越大，线圈发热的温度越高，挤压强化效应越显著，从而大大提高装置传递的转矩，并保证传动装置在温升过程中的传动性能稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1—主动轴，2—从动轴，3—左端盖，4—外圆筒，5—右端盖，6—传动段，7—挤压盘，8—形状记忆合金弹簧，9—磁流变液，10—过滤膜，11—励磁线圈，12—隔磁环，13—导热通道，14—导向杆，15—限位橡胶圈，16—第一注液螺塞，17—第二注液螺塞，18—导电滑环，19—透盖，20—闷盖。

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1，一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置，包括主动轴1、从动壳体以及从动轴2；所述从动壳体包括依次相连的左端盖3、外圆筒4以及右端盖5。所述主动轴1的右端穿过左端盖3后伸入从动壳体内，并通过轴承与左端盖3和右端盖5相连，所示从动轴2与右端盖5固定连接。其中，所述左端盖3和右端盖5分别向相背离的方向凸出形成管状结构的支撑座；主动轴1通过轴承与该支撑座相连，在两轴向相向的一侧还分别设有一轴密封圈，通过所述轴密封圈将主动轴1与支撑座之间的间隙封闭；这样，既便于装配，又能保证整个装置的密闭效果。在左端盖3的外侧设有透盖19，该透盖19套设在主动轴1上，并与左端盖3的支撑座固定连接，在透盖19与主动轴1之间设有毛毡圈；在右端盖5的外侧设有闷盖20，所述闷盖20与右端盖5固定连接，所述从动轴2与该闷盖20固定连接。

所述主动轴1位于从动壳体内的部分扩大形成传动段6，该传动段6的两端与左端盖3和右端盖5之间具有间距，其侧壁与外圆筒4内壁之间具有间隙。在传动段6与左端盖3和右端盖5之间分别设有一挤压盘7，所述挤压盘7套设在主动轴1上，并能沿主动轴1的轴向自由移动，在挤压盘7的内侧与主动轴1之间以及其外侧与外圆筒4之间均设有第一密封圈。

在传动段6的两端，分别绕其一周设有数个容置槽，所述容置槽的轴向与主动轴1的轴向一致，在该容置槽内设有形状记忆合金弹簧8，所述形状记忆合金弹簧8的一端与挤压盘7相连，另一端与容置槽的槽底相连；初始状态时，在形状记忆合金弹簧8的作用下，挤压盘7与传动段6紧贴在一起，且挤压盘7与左端盖3和右端盖5之间均具有间隙。实施时，在挤压盘7上，对应容置槽的位置设有导向杆14，所述导向杆14的一端与挤压盘7相连，另一端沿容置槽的轴向延伸入容置槽内，所述形状记忆合金弹簧8套设在该导向杆14上；从而有效提高挤压盘7移动过程中的稳定性。其中，所述导向杆14的断面呈T型，其大径段与挤压盘7相连，在该大径段与容置槽内壁之间设有第三密封圈；通过设置第三密封圈，使容置槽的密闭性更好，避免容置槽内部与传动段6和挤压盘7之间的间隙连通。在挤压盘7与左端盖3和右端盖5之间间隙内均填充有磁流变液9；在左端盖3和右端盖5上分别设有一注液孔，在注液孔内安装有第一注液螺塞16，以便于加注磁流变液9。在挤压盘7上还绕其一周设有数个通孔，在该通孔内设有过滤膜10，通过该过滤膜10能够将磁流变液9中的磁性粒子与基液分离。在左端盖3和右端盖5的内侧还分别嵌设有一限位橡胶圈15，所述限位橡胶圈15与主动轴1同轴心线设置并与传动段6的中部正对，且限位橡胶圈15对应凸出于左端盖3和右端盖5；从而避免挤压盘7挤压过度造成过滤膜10等的损坏。

在传动段6的侧壁上，靠近其两端处分别设有一绕其一周的线圈槽，在线圈槽内绕设有励磁线圈11；在励磁线圈11的外侧设有隔磁环12，通过该隔磁环12将励磁线圈11封闭在线圈槽内。在两线圈槽相背离的一侧还分别设有第二密封圈，该第二密封圈套设在传动段6上，并将传动段6与外圆筒4之间的间隙封闭。在两第二密封圈之间也填充有磁流变液9；在外圆筒4中部也设有一注液孔，在该注液孔内也安装有第一注液螺塞16。

在传动段6的中部还设有导热通道13，所述导热通道13沿传动段6的径向设置，各容置槽的槽底通过连接孔与该导热通道13相连通。具体实施时，所述导热通道13为多条，且多条导热通道13在传动段6的轴心线处相连通；所述传动段6两端的容置槽的位置相对应，位于同一轴心线的容置槽以及位于同一直径上的容置槽与同一导热通道13相连通；所述导热通道13的端口采用堵头封闭，其中一堵头采用第二注液螺塞17，且转动主动轴1能使第二注液螺塞17的位置与外圆筒4上第一注液螺塞16的位置正对；使加工更加方便。在各容置槽的侧壁与线圈槽之间分别设有一导热孔，在导热通道13、连接孔以及导热孔内均填充有导热液。

在主动轴1上还设有一导电滑环18，在主动轴1的左端设有一轴孔，该轴孔延伸至与导热通道13相连通，所述励磁线圈11的两端经导热通道13和轴孔后与导电滑环18相连。

工作过程中：

1.主动轴1转动，励磁线圈11未通电时，依靠零磁场下的磁流变液9粘性转矩不能带动从动轴2转动。

2.励磁线圈11通电，随着电流增大（如从0A增加到1A）时，励磁线圈11产生的磁通穿过磁流变液9的工作间隙，磁流变液9中的磁性颗粒沿磁通方向排列成链状结构，此磁链能产生剪切应力，依靠此剪切应力传递的转矩能带动从动转动。

3.通电的励磁线圈11会发热，当电流达到一定时（如1A），产生的温度达到一定值（如70℃），此时，热量通过导热液传递给形状记忆合金弹簧8，形状记忆合金弹簧8在热效应作用下产生伸长，驱动挤压盘7移动，挤压盘7对应与左端盖3和右端盖5之间的间隙被压缩（如从初始的2mm变成1mm），圆盘间隙中的基液通过过滤膜10流入挤压盘7与主动轴1端面之间的间隙（储油室）内；此时，圆盘间隙中磁流变液9中的磁性颗粒数增加，体积百分数也相应增加（如从25%增加到50%），间隙中的磁导率增加，磁场强度也会增大，磁流变液9的剪切应力增大，传递的转矩也增大。

5.当电流进一步增大（如增大到2A），励磁线圈11产生的热量也增大，使温度也进一步升高（如升高到100℃），形状记忆合金弹簧8产生的挤压力增大，挤压圆盘间隙中磁链上的磁性颗粒，由于挤压强化效应，磁流变液9产生的剪切应力能显著增加，此时，传递的转矩也显著增加。

6.励磁线圈11通电电流增大的过程中（如电流从0A增加到1A，以及从1A增加到2A），根据工作要求，电流加载时间可以小于1s，也可以大于60s，从而能够适用在不同的工作环境。

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 (9)

1.一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置，包括主动轴、从动壳体以及从动轴，所述从动壳体包括依次相连的左端盖、外圆筒以及右端盖，所述主动轴的右端穿过左端盖后伸入从动壳体内，并通过轴承与左端盖和右端盖相连，所示从动轴与右端盖固定连接；其特征在于：所述主动轴位于从动壳体内的部分扩大形成传动段，该传动段的两端与左端盖和右端盖之间具有间距，其侧壁与外圆筒内壁之间具有间隙；在传动段与左端盖和右端盖之间分别设有一挤压盘，所述挤压盘套设在主动轴上，并能沿主动轴的轴向自由移动，在挤压盘的内侧与主动轴之间以及其外侧与外圆筒之间均设有第一密封圈；在传动段的两端，分别绕其一周设有数个容置槽，所述容置槽的轴向与主动轴的轴向一致，在该容置槽内设有形状记忆合金弹簧，所述形状记忆合金弹簧的一端与挤压盘相连，另一端与容置槽的槽底相连；初始状态时，在形状记忆合金弹簧的作用下，挤压盘与传动段紧贴在一起，且挤压盘与左端盖和右端盖之间均具有间隙，在挤压盘与左端盖和右端盖之间间隙内均填充有磁流变液；在挤压盘上还绕其一周设有数个通孔，在该通孔内设有过滤膜，通过该过滤膜能够将磁流变液中的磁性粒子与基液分离；

在传动段的侧壁上，靠近其两端处分别设有一绕其一周的线圈槽，在线圈槽内绕设有励磁线圈；在励磁线圈的外侧设有隔磁环，通过该隔磁环将励磁线圈封闭在线圈槽内；在两线圈槽相背离的一侧还分别设有第二密封圈，该第二密封圈套设在传动段上，并将传动段与外圆筒之间的间隙封闭；在两第二密封圈之间也填充有磁流变液；

在传动段的中部还设有导热通道，所述导热通道沿传动段的径向设置，各容置槽的槽底通过连接孔与该导热通道相连通；在各容置槽的侧壁与线圈槽之间分别设有一导热孔，在导热通道、连接孔以及导热孔内均填充有导热液。

2.根据权利要求1所述的一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置，其特征在于：在挤压盘上，对应容置槽的位置设有导向杆，所述导向杆的一端与挤压盘相连，另一端沿容置槽的轴向延伸入容置槽内，所述形状记忆合金弹簧套设在该导向杆上。

3.根据权利要求1所述的一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置，其特征在于：在左端盖和右端盖的内侧还分别嵌设有一限位橡胶圈，所述限位橡胶圈与主动轴同轴心线设置并与传动段的中部正对，且限位橡胶圈对应凸出于左端盖和右端盖。

4.根据权利要求1所述的一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置，其特征在于：所述左端盖和右端盖分别向相背离的方向凸出形成管状结构的支撑座，主动轴通过轴承与该支撑座相连，在两轴向相向的一侧还分别设有一轴密封圈，通过所述轴密封圈将主动轴与支撑座之间的间隙封闭。

5.根据权利要求1所述的一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置，其特征在于：所述导向杆的断面呈T型，其大径段与挤压盘相连，在该大径段与容置槽内壁之间设有第三密封圈。

6.根据权利要求1所述的一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置，其特征在于：在左端盖、右端盖以及外圆筒上分别设有一注液孔，在注液孔内安装有第一注液螺塞。

7.根据权利要求6所述的一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置，其特征在于：所述导热通道为多条，且多条导热通道在传动段的轴心线处相连通；所述传动段两端的容置槽的位置相对应，位于同一轴心线的容置槽以及位于同一直径上的容置槽与同一导热通道相连通；所述导热通道的端口采用堵头封闭，其中一堵头采用第二注液螺塞，且转动主动轴能使第二注液螺塞的位置与外圆筒上第一注液螺塞的位置正对。

8.根据权利要求1所述的一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置，其特征在于：在主动轴上还设有一导电滑环，在主动轴的左端设有一轴孔，该轴孔延伸至与导热通道相连通，所述励磁线圈的两端经导热通道和轴孔后与导电滑环相连。

9.根据权利要求1所述的一种自发热致变体积分数及挤压强化的磁流变传动装置，其特征在于：在左端盖的外侧设有透盖，该透盖套设在主动轴上，并与左端盖的支撑座固定连接，在透盖与主动轴之间设有毛毡圈；在右端盖的外侧设有闷盖，所述闷盖与右端盖固定连接，所述从动轴与该闷盖固定连接。

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