CN202720082U - 基于规则多孔板磁流变液阻尼应力测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于规则多孔板的磁流变液阻尼应力测试装置。它包括导磁回路、盛放磁流变液的容腔和升降调节机构。其容腔是由导磁材料构成的上圆盘、非导磁材料构成的等径下圆盘和规则多孔圆盘以及挡圈组合构成的桶状密封容器。上圆盘轴与步进电机连接,下圆盘通过升降机构调节升降距离。升降调节机构由下圆盘轴上的螺纹、旋转螺母和套筒构成。在桶状容器近处设置有一个以上下圆盘轴心线对称分布的励磁线圈。本装置磁感应强度主要分布在规则多孔板的孔隙处，磁场分布均匀，其测量部位均设置在由非导磁材料构成的静止轴上，不会受到磁场力的影响及支承摩擦力矩的影响，提高了测量精度。

Description

基于规则多孔板磁流变液阻尼应力测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于规则多孔板磁流变液阻尼应力测试装置。该装置是用于测量在磁场作用下基于规则多孔板磁流变液所产生的阻尼应力包括剪应力和正应力的测试装置。

背景技术

    目前磁流变液阻尼器作为一种半主动可控的阻尼器件，自磁流变现象发现后一直是学术界和工程界的研究热点。这种阻尼可控器件，其内部阻尼介质采用磁流变液，该液体主要由微米级尺寸大小的磁性颗粒与载液和稳定剂混合而成，通过调节不同强度的外加磁场，使阻尼通道中磁流变液的流动特性发生变化，从而控制阻尼力。目前高性能的磁流变液在市场上已可以购买，但价格昂贵，因此只有在一些重要或高端的技术领域，有可控磁流变液阻尼器的应用实例。

实用新型内容

    本实用新型的目的在于提供一种基于规则多孔板的磁流变液阻尼应力测试装置，装置采用内置通道结构，可以减小测试装置的体积。本实用新型结构内部的磁感应强度主要分布在规则多孔板的孔隙处，提高了电磁场的利用率，且磁场分布均匀，其扭矩测量部位和正应力测量部位设置在由非导磁材料构成的静止轴上，不会受到磁场力的影响及支承摩擦力矩的影响，提高了测量精度。

    为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种基于规则多孔板磁流变液阻尼应力测试装置，包括励磁装置、导磁回路、盛放磁流变液的容腔、升降调节机构和支撑装置；通过调节励磁电流的大小，实现对测试机构内部磁场的无级调节，从而使磁流变液产生连续的磁流变效应；磁流变液膨胀推动下剪切盘产生膨胀力；开启交流电机带动上剪切盘旋转，下剪切盘在磁流变液的作用下一起旋转，再通过紧固在下剪切杆上的悬臂梁将力作用到剪切力传感器上，测得剪切力；利用正向力传感器测得膨胀力，从而求解出剪应力和正应力，分析磁流变液所产生的阻尼应力特性。

所述支撑装置的结构是：支撑装置由实验支撑平台、支架、支板、电机支杆和电机支板组成，所述实验支撑平台、支架、支板、电机支杆和电机支板均为非导磁材料；所述支架和实验支撑平台通过固紧螺母紧固连接，通过调节固紧螺母使支架保持竖直位置且固紧；所述支架和支板焊接在一起，使支板处于水平位置；所述电机支杆为四根双头螺杆，上端连接电机支板，通过第一紧定螺母固定，下端固定在支板上面；所述电机支板与交流电机通过四个螺栓固定为一体，调节紧定螺母使交流电机输出轴为竖直位置，且与上连接杆的中心线重合，所述上连接杆上端通过联轴器与交流电机输出轴连接。

所述励磁装置的结构是：励磁装置由励磁线圈和电源组成；所述励磁线圈以上下剪切盘轴心线对称分布，通过调节线圈支架高度，将励磁线圈的中心和上下剪切盘间隙的中心定位在同一水平线上，保证上下剪切盘间隙内部能够产生均匀垂直的磁场；所述电源为60V直流电源。

所述导磁回路的结构是：导磁回路由上剪切盘、上磁极块、上盖板、基座、底座和下磁极块组成；所述上剪切盘、上磁极块、上盖板、基座、底座和下磁极块均为导磁材料，所述上盖板、底座通过螺栓与基座连接；所述上剪切盘与上连接杆通过第四紧定螺钉连接，所述上剪切盘与上连接杆保持垂直，以保证上剪切盘的水平度；所述上连接杆置于上盖板中心开有的圆柱孔中，所述上连接杆的上下置有第一滚动轴承和第二滚动轴承，所述第一滚动轴承和第二滚动轴承之间置有第二定位套筒，第二定位套筒与上磁极块用第五紧定螺钉连接；所述第二滚动轴承通过第一定位套筒顶住上剪切盘，选择适当的套筒尺寸，使上剪切盘与下剪切盘留有间隙，且保证上剪切盘与上磁极块不接触；所述上磁极块与上盖板通过螺栓连接，所述下磁极块与底座通过螺栓连接。

所述盛放磁流变液的容腔的结构是：盛放磁流变液的容腔由导磁材料构成的上剪切盘、非导磁材料构成的等径下剪切盘、盛满磁流变液的非导磁材料构成的规则多孔板和非导磁材料构成的挡圈组成，所述上剪切盘与上连接杆通过第四紧定螺钉连接，所述上连接杆由导磁材料构成；所述下剪切盘与下连接杆通过第三紧定螺钉连接，所述下连接杆由非导磁材料构成，充满磁流变液的规则多孔板粘贴在下剪切盘上；所述下连接杆通过直线运动轴承定位，下连接杆下端通过第一紧定螺钉与悬臂梁连接，所述直线运动轴承通过第二紧定螺钉固定在下磁极块内部，下连接杆底端通过螺纹连接顶住旋转螺母，调节旋转螺母，使下剪切盘与下磁极块不接触；所述挡圈紧密粘贴在下剪切盘上，形成密封圈；下剪切盘、规则多孔板、挡圈、下连接杆、第一紧定螺钉以及悬臂梁均为非导磁材料，避免在磁场作用下产生磁力。

所述升降调节机构的结构是：升降调节机构由下连接杆底端的螺纹、旋转螺母、支撑套筒、悬臂梁以及百分表组成，所述下连接杆底端通过螺纹连接顶住旋转螺母，所述旋转螺母下端顶住支撑套筒，所述支撑套筒放置在推力球轴承上面，所述推力球轴承放置在正向力传感器上面，所述正向力传感器固定在实验支撑平台上；所述百分表的指针顶住悬臂梁，悬臂梁一端通过第一紧定螺钉与下连接杆连接，另一端打到剪切力传感器上，所述剪切力传感器通过螺栓固定在支架上，通过调节旋转螺母，旋转螺母顶住下连接杆往上移，百分表可以测量移动距离，从而控制上下剪切盘之间的距离。

所述数据采集系统：USB5935数据采集卡是一种基于USB总线的数据采集卡，可直接插在计算机的USB接口上，构成实验室、产品质量检测中心等各种

领域的数据采集、波形分析和处理系统，也可构成工业生产过程监控系统。USB5935数据采集卡的技术参数为：

    转换精度：12位有效位，第13位为符号位；

    采样速率：AD芯片转换速率最高为500KHz（2微秒/点）；

    软件通过率：最高采样速率（2微秒/点）；

    物理通道数：16路单端，8路双端；

    模拟量输入方式：单端模拟输入和双端模拟输入；

    采样通道数：软件可选择，通过设置首通道和末通道实现；

    模拟输入阻抗：10MΩ；

    放大器建立时间：785nS（0.001%）（max）；

    非线性误差：±1LSB（最大）；

    系统测量精度：0.1%；

    工作温度范围：0℃～+50℃；

    存储温度范围：-20℃～+70℃。

本实用新型与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和优点：

本实用新型采用的是规则多孔板储存磁流变液，与传统磁流变液阻尼器相比，减少磁流变液用量，成本大幅降低，不需要密封结构，而且强度大，耐磨损，孔隙规则。本装置磁感应强度主要分布在规则多孔板的孔隙处，磁场分布均匀,其扭矩测量部位和正应力测量部位设置在由非导磁材料构成的静止轴上,不会受到磁场力的影响及支承摩擦力矩的影响,提高了测量精度。

附图说明

图1是测试装置整体结构示意图。

图2是测试机械机构结构示意图。

图3是规则多孔板结构示意图。

图4是容腔内部磁感应强度沿半径方向变化示意图。

具体实施方式

本实用新型的优选实施例结合附图说明如下：

实施例一：

参见图1~图4，本基于规则多孔板磁流变液阻尼应力测试装置，包括励磁装置、导磁回路、盛放磁流变液的容腔、升降调节机构和支撑装置。通过调节励磁电流的大小，实现对测试机构内部磁场的无级调节，从而使磁流变液产生连续的磁流变效应；磁流变液膨胀推动下剪切盘产生膨胀力；开启交流电机1带动上剪切盘27旋转，下剪切盘29在磁流变液的作用下一起旋转，再通过紧固在下剪切杆上的悬臂梁18将力作用到剪切力传感器17上，测得剪切力，利用正向力传感器15测得膨胀力，从而求解出剪应力和正应力，分析磁流变液所产生的阻尼应力特性。正向力传感器15的技术参数如下：     量程 10kg；     综合精度 0.02%～0.05%；     灵敏度 2.0mV/V；     蠕变 ±0.02～±0.05%F·S/30min；     零点输出 ±1%F·S；     零点温度影响 ±0.02～±0.05%F·S/10℃；     输出温度影响 ±0.02～±0.05%F·S/10℃；     工作温度 -20℃～+65℃；     输入阻抗 380±10Ω；     输出阻抗 350±3Ω；     绝缘电阻 >5000MΩ；     材质 合金钢。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述支撑装置的结构是：支撑装置由实验支撑平台13、支架14、支板19、电机支杆6和电机支板4组成，实验支撑平台13、支架14、支板19、电机支杆6和电机支板4均为非导磁材料；所述支架14和实验支撑平台13通过螺母12紧固连接，调节螺母12使支架保持竖直位置且固紧；所述支架14和支板19焊接在一起，保证支板19处于水平位置；所述电机支杆6为四根双头螺杆，上端连接电机支板4，通过紧定螺母3固定，下端通过第二紧定螺母20固定在支板19上面；所述电机支板4与交流电机1通过四个螺栓固定为一体，调节紧定螺母3使交流电机1输出轴为竖直位置，且与上连接杆21的中心线重合，所述上连接杆21上端通过联轴器5与交流电机1输出轴连接。

所述励磁装置的结构是：励磁装置由励磁线圈26和电源组成；所述励磁线圈26以上下剪切盘轴心线对称分布，通过调节线圈支架31高度，将线圈26的中心和上下剪切盘间隙的中心定位在同一水平线上，保证上下剪切盘间隙内部能够产生均匀垂直的磁场，提高测试装置对阻尼应力的测试精度；交流变频器2用于控制交流电机的转速，实现转子角速度无级可调，以便实现磁流变液的剪切率无级可调。

所述导磁回路的结构是：导磁回路由上剪切盘27、上磁极块44、上盖板25、基座37、底座34和下磁极块36组成；所述上剪切盘27、上磁极块44、上盖板25、基座37、底座34和下磁极块36均为导磁材料，上盖板25、底座34通过螺栓与基座37连接；所述上剪切盘27与上连接杆21通过第四紧定螺钉40连接，上剪切盘27与上连接杆21保持垂直，以保证上剪切盘27的水平度；所述上连接杆21置于上盖板25中心开有的圆柱孔中，所述上连接杆21的上下置有第一滚动轴承24和第二滚动轴承43，所述第一滚动轴承24和第二滚动轴承43之间置有第二定位套筒45，第二定位套筒45与上磁极块44用第五紧定螺钉42连接；所述第二滚动轴承43通过第一定位套筒41顶住上剪切盘27，选择适当的套筒尺寸，使上剪切盘27与下剪切盘29留有间隙，且保证上剪切盘27与上磁极块44不接触；所述上磁极块44与上盖板25通过螺栓连接，所述下磁极块36与底座34通过螺栓连接。

所述盛放磁流变液的容腔的结构是：盛放磁流变液的容腔由导磁材料构成的上剪切盘27、非导磁材料构成的等径下剪切盘29、盛满磁流变液的非导磁材料构成的规则多孔板39和非导磁材料构成的挡圈28组成，所述上剪切盘27与上连接杆21通过第四紧定螺钉40连接，所述上连接杆21由导磁材料构成，上连接杆21由第一定位套筒41和第三定位套筒23定位，并由第三紧定螺母22固定；所述下剪切盘29与下连接杆33通过第三紧定螺钉38连接，所述下连接杆33由非导磁材料构成，充满磁流变液的规则多孔板39粘贴在下剪切盘29上；所述下连接杆33通过直线运动球轴承30定位，下连接杆33下端通过第一紧定螺钉8与悬臂梁18连接，所述直线运动球轴承30通过第二紧定螺钉35固定在下磁极块36内部，下连接杆33底端通过螺纹连接顶住螺母9，调节螺母9，使下剪切盘29与下磁极块36不接触；所述挡圈28紧密粘贴在下剪切盘29上，形成密封圈；，下剪切盘29、规则多孔板39、挡圈28、下连接杆33、第三紧定螺钉38以及悬臂梁18均为非导磁材料，可以避免在磁场作用下产生磁力，提高测试装置对阻尼应力包括剪应力和正应力的测试精度。

所述升降调节机构的结构是：升降调节机构由下连接杆33底端的螺纹、螺母9、支撑套筒10、悬臂梁18以及百分表16组成，所述下连接杆33底端通过螺纹连接顶住螺母9，所述螺母9下端顶住支撑套筒10，所述支撑套筒10放置在推力球轴承11上面，所述推力球轴承11放置在正向力传感器15上面，所述正向力传感器15固定在实验支撑平台13上；所述百分表16的指针顶住悬臂梁18，悬臂梁18一端通过第一紧定螺钉8与下连接杆33连接，另一端打到剪切力传感器17上，所述剪切力传感器17通过螺栓固定在支架14上，通过调节螺母9，螺母9顶住下连接杆33往上移，百分表16可以测量移动距离，从而精确控制上下剪切盘之间的距离。

Claims (6)

1.一种基于规则多孔板磁流变液阻尼应力测试装置，其特征在于，包括励磁装置、导磁回路、盛放磁流变液的容腔、升降调节机构和支撑装置；通过调节励磁电流的大小，实现对测试机构内部磁场的无级调节，从而使磁流变液产生连续的磁流变效应；磁流变液膨胀推动下剪切盘产生膨胀力；开启交流电机（1）带动上剪切盘（27）旋转，下剪切盘（29）在磁流变液的作用下一起旋转，再通过紧固在下剪切杆上的悬臂梁（18）将力作用到剪切力传感器（17）上，测得剪切力；利用正向力传感器（15）测得膨胀力，从而求解出剪应力和正应力，分析磁流变液所产生的阻尼应力特性。

2.根据权利要求1所述基于规则多孔板磁流变液阻尼应力测试装置，其特征在于，所述支撑装置的结构是：支撑装置由实验支撑平台（13）、支架（14）、支板（19）、电机支杆（6）和电机支板（4）组成，所述实验支撑平台（13）、支架（14）、支板（19）、电机支杆（6）和电机支板（4）均为非导磁材料；所述支架（14）和实验支撑平台（13）通过固紧螺母（12）紧固连接，通过调节固紧螺母（12）使支架（14）保持竖直位置且固紧；所述支架（14）和支板（19）焊接在一起，使支板（19）处于水平位置；所述电机支杆（6）为四根双头螺杆，上端连接电机支板（4），通过紧定螺母（3）固定，下端固定在支板（19）上面；所述电机支板（4）与交流电机（1）通过四个螺栓固定为一体，调节紧定螺母（3）使电机输出轴为竖直位置，且与上连接杆（21）的中心线重合，所述上连接杆（21）上端通过联轴器与交流电机（1）输出轴连接。

3.根据权利要求1所述基于规则多孔板磁流变液阻尼应力测试装置，其特征在于，所述励磁装置的结构是：励磁装置由励磁线圈（26）和电源组成；所述励磁线圈（26）以上下剪切盘轴心线对称分布，通过调节线圈支架（31）高度，将励磁线圈（26）的中心和上下剪切盘间隙的中心定位在同一水平线上，保证上下剪切盘间隙内部能够产生均匀垂直的磁场；所述电源为60V直流电源。

4.根据权利要求1所述基于规则多孔板磁流变液阻尼应力测试装置，其特征在于，所述导磁回路的结构是：导磁回路由上剪切盘（27）、上磁极块（44）、上盖板（25）、基座（37）、底座（34）和下磁极块（36）组成；所述上剪切盘（27）、上磁极块（44）、上盖板（25）、基座（37）、底座（34）和下磁极块（36）均为导磁材料，所述上盖板（25）、底座（34）通过螺栓与基座（37）连接；所述上剪切盘（27）与上连接杆（21）通过第四紧定螺钉（40）连接，所述上剪切盘（27）与上连接杆（21）保持垂直，以保证上剪切盘（27）的水平度；所述上连接杆（21）置于上盖板（25）中心开有的圆柱孔中，所述上连接杆（21）的上下置有第一滚动轴承（24）和第二滚动轴承（43），所述第一滚动轴承（24）和第二滚动轴承（43）之间置有第二定位套筒（45），第二定位套筒（45）与上磁极块（44）用第五紧定螺钉（42）连接；所述第二滚动轴承（43）通过第一定位套筒（41）顶住上剪切盘（27），选择适当的套筒尺寸，使上剪切盘（27）与下剪切盘（29）留有间隙，且保证上剪切盘（27）与上磁极块（44）不接触；所述上磁极块（44）与上盖板（25）通过螺栓连接，所述下磁极块（36）与底座（34）通过螺栓连接。

5.根据权利要求1所述基于规则多孔板磁流变液阻尼应力测试装置，其特征在于，所述盛放磁流变液的容腔的结构是：盛放磁流变液的容腔由导磁材料构成的上剪切盘（27）、非导磁材料构成的等径下剪切盘（29）、盛满磁流变液的非导磁材料构成的规则多孔板（39）和非导磁材料构成的挡圈（28）组成，所述上剪切盘（27）与上连接杆（21）通过第四紧定螺钉（40）连接，所述上连接杆（21）由导磁材料构成；所述下剪切盘（29）与下连接杆（33）通过第三紧定螺钉（38）连接，所述下连接杆（33）由非导磁材料构成，充满磁流变液的规则多孔板（39）粘贴在下剪切盘（29）上；所述下连接杆（33）通过直线运动轴承（30）定位，下连接杆（33）下端通过第一紧定螺钉（8）与悬臂梁（18）连接，所述直线运动轴承（30）通过第二紧定螺钉（35）固定在下磁极块（36）内部，下连接杆（33）底端通过螺纹连接顶住旋转螺母（9），调节旋转螺母（9），使下剪切盘（29）与下磁极块（36）不接触；所述挡圈（28）紧密粘贴在下剪切盘（29）上，形成密封圈；下剪切盘（29）、规则多孔板（39）、挡圈（28）、下连接杆（33）、第一紧定螺钉（8）以及悬臂梁（18）均为非导磁材料，避免在磁场作用下产生磁力。

6.根据权利要求1所述基于规则多孔板磁流变液阻尼应力测试装置，其特征在于，所述升降调节机构的结构是：升降调节机构由下连接杆（33）底端的螺纹、旋转螺母（9）、支撑套筒（10）、悬臂梁（18）以及百分表（16）组成，所述下连接杆（33）底端通过螺纹连接顶住旋转螺母（9），所述旋转螺母（9）下端顶住支撑套筒（10），所述支撑套筒（10）放置在推力球轴承（11）上面，所述推力球轴承（11）放置在正向力传感器（15）上面，所述正向力传感器（15）固定在实验支撑平台（13）上；所述百分表（16）的指针顶住悬臂梁（18），悬臂梁（18）一端通过第一紧定螺钉（8）与下连接杆（33）连接，另一端打到剪切力传感器（17）上，所述剪切力传感器（17）通过螺栓固定在支架（14）上，通过调节旋转螺母（9），旋转螺母（9）顶住下连接杆（33）往上移，百分表（16）可以测量移动距离，从而控制上下剪切盘之间的距离。

Images