CN1210509C - 离心式磁流变液离合器 - Google Patents

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张先舟
王琪民
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郑春阳
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Abstract

本发明所提出的离心式磁流变液离合器，涉及离合器器件，尤其是涉及采用磁流变液产生传动力矩的器件。离合器中包括输入轴10、输出轴8、磁流变液、电磁线圈1以及离合体等，其中离合体为碟形的外壳4和滑块5，滑块可在离心力作用下沿径向滑动，产生自动加压的效果，使磁流变液的剪切应力得到较大提高。它克服了传统离合器的响应慢、有冲击及噪声、发热严重、控制不便等缺陷；与现有磁流变液离合器相比，也具有传动力矩大，消耗功率小的特点。

Description

离心式磁流变液离合器
技术领域：
本发明涉及离合器器件，尤其是涉及采用磁流变液产生传动力矩的器件。
背景技术：
传统的离合器可分为：机械式离合器、气动式离合器、液压式离合器、电磁离合器、超越离合器、离心式离合器以及安全离合器等等。它们往往或多或少地存在以下缺点：①接合或分离的速度慢(即响应慢)、有冲击；②噪声较大，惯性大；③摩擦磨损和发热严重，使用寿命短；④控制不方便。目前，随着磁流变液这种新型智能材料的出现和发展，已出现了一种全新的磁流变液离合器[见1998年12月8日申请的美国专利，专利号：US005,845,753A]。其主要结构为：主动轴与被动轴之间采用多个平行盘片相互交错作为离合体，盘片之间的空隙中充满磁流变液、盘片附近的适当位置处布置电磁铁，当电磁铁通电后，磁流变液变成类固化状态、将盘片接合，断电后磁流变液恢复流体状态、使盘片分离，从而达到主动轴与被动轴离合的目的。类似的专利还有美国的US005,823,309A和US005,845,752A，欧洲的EP0776813A1和EP0879973。它们虽然克服了传统离合器的缺点，但是由于磁流变液的抗剪切应力较小(80kp～100kp)。所以较难达到高的传动力矩。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种离心式磁流变液离合器，可以在相同尺寸的情况下传递较大力矩且耗能较少。
本发明的解决方案如下：离合器中包括输入轴、输出轴、磁流变液、电磁线圈以及离合体，其特征在于：离合体为碟形的外壳和滑块，输入轴与外壳固定相连，输出轴上安装可在离心力作用下沿径向滑动的滑块，滑块位于外壳的空腔内；输出轴与滑块之间通过固定在输出轴上的销子以及与滑块和销子相连的复位弹簧安装在一起，复位弹簧的初始状态为滑块被弹簧拉紧卡在输出轴上。
本发明是根据以下研究而设计的：当磁流变液在磁场中受到沿磁场方向的外加正压力时，其剪切应力得到较大提高，甚至可提高一个数量级以上[见：X.Tang，X.Zhang，andR.Tao.”Structure-Enhanced yield strength of MR fluids”；Journal of Applied Physics，Vol.87，No.5，March 2000]。利用这种效应以及离心力的原理，提出本发明的具体结构：
输入轴10上带有外壳4，外壳分为左、右两部分，通过紧固件连接、在连接处由不导磁的密封件3隔离，两外壳相对的面为碟形(即中间部分为平面、外围部分为斜面，斜面与平面之间形成的锐角称为楔形角)、使两外壳之间形成碟形空腔。输入轴固定在某一外壳上，它和左、右外壳三者连为一体，可绕轴旋转。输出轴8穿入与输入轴相对的另一外壳内，轴与外壳之间以轴承7配合、并用密封件9密封。输出轴的端部有两个半圆的碟形滑块5，通过固定在输出轴上、与轴垂直的销子11安装：即碟形滑块的对称轴处设有通孔，通孔与销子之间形成滑动配合，滑块与销子之间采用复位弹簧12相连，将复位弹簧的一端用螺钉6固定在滑块上、另一端固定在销子上。滑块与外壳相互配合即作为离合器中的离合体，它们之间的空隙中充满磁流变液。电磁线圈1固定在外磁芯2上，线圈中通以所需的电流，外磁芯则安装在机体中合适的位置(位于离合体的轴向或径向均可)，磁芯及线圈保持静止。
分离状态时，电磁线圈不通电，磁流变液为流体状，输入轴带动外壳空转，滑块不动、被弹簧拉紧卡在输出轴上。滑块与外壳之间的磁流变液只产生很小的流体摩擦。
接合状态时，电磁线圈通电产生磁场，使磁流变液类固化，将滑块和外壳接合，从而带动输出轴产生一定转动。这时滑块在离心力的作用下，沿销子向外滑动，在外壳和滑块的配合斜面上产生很大的挤压力，使此处的磁流变液的剪切应力大幅度提高，从而使输出力矩大幅度提高。
需要再次分离时，将电磁线圈断电，磁流变液即恢复流体状态，丧失抗剪切能力，滑块和外壳脱开、并在复位弹簧的作用下回到原位置。
由于采用磁流变液效应和离心式自动加压的滑块，本离合器具有以下优点：
一、和传统离合器相比：1)接合、分离迅速(响应速度可达毫秒量级)，平稳无冲击；2)无噪声，无发热，有自润滑功能，使用寿命长，消耗功率小；3)可实现集中控制和远距离操纵，控制简单。
二、和现有磁流变液离合器相比：1)相同体积时的传动力矩大；2)对磁场强度要求较低，消耗功率小。
附图说明：
附图为离合器的结构示意图。其中，附图1为径向视图，附图2为轴向视图。
具体实施方式：
本发明的实施例如下：碟形滑块的外径为120mm，厚度为50mm，楔形角为9.6度，每块质量约1.1kg。弹簧预紧力50N。静止状态时滑块和外壳的斜面之间间隙为1.5mm。转轴直径为20mm。电磁线圈采用0.6mm漆包线绕制，绕组为800～1000圈，内径为130mm，阻值为20Ω，工作最大电流2A，最大输入功率80W。采用美国Lord公司生产的磁流变液。如果采用传统方式、使用固定盘片构成的离合器，在相同尺寸时所提供的力矩为50Nm，转速1000转/分时可传递5kW功率，转速3000转/分时可传递15kW功率。而使用本发明的具有离心自加压功能的碟形滑块构成的离合器，转速1000转/分时，碟形滑块将在其斜面上产生90kpa的压强，使磁流变液抗剪切能力提高约2倍，从而在1A的工作电流下，即消耗功率为20W时提供传动力矩80Nm，可传递8kW功率；转速3000转/分时，碟形滑块将在其斜面上产生800kpa的压强，在消耗功率仅20W时提供传动力矩近200Nm，可传递60kW功率。分别是传统方式的1.6倍和4倍，而消耗功率仅为其1/4。

Claims (1)

1、一种离心式磁流变液离合器，包括输入轴、输出轴、磁流变液、电磁线圈以及离合体，其特征在于：离合体为碟形的外壳(4)和滑块(5)，输入轴(10)与外壳固定相连，输出轴(8)上安装可在离心力作用下沿径向滑动的滑块，滑块位于外壳的空腔内；输出轴与滑块之间通过固定在输出轴上的销子(11)以及与滑块和销子相连的复位弹簧(12)安装在一起，复位弹簧的初始状态为滑块被弹簧拉紧卡在输出轴上。
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