CN1424516A - 离心式磁流变液离合器 - Google Patents

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张先舟
王琪民
张培强
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等，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。
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 ofMR 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等，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。
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