CN203730607U - 一种间隙微调式磁流变离合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种间隙微调式磁流变离合器，包括输入轴、输出轴、内盘片、左外盘片、右外盘片、左壳体、右壳体及电磁线圈，其中，右壳体、左外盘片、内盘片、右外盘片围绕组成主磁路，左壳体采用不导磁材料，使其置于主磁路之外；利用离合器工作时电磁线圈中施加电流所产生的磁场，使得内外盘片相互吸引，从而实现自动调节盘片间隙。左外盘片呈盲孔结构，其通过圆周上的凸齿与隔磁环的凹槽配合实现轴向向右的移动，左外盘片和隔磁环之间采用磁流变密封装置实现安全密封。该离合器密封安全、结构紧凑、无电刷，能够通过主动控制方式获得任意输出转速，实现高滑差下从零起始的无级调速。

Description

一种间隙微调式磁流变离合器

技术领域

本实用新型涉及一种磁流变离合器，尤其是工作在大滑差转速下，能实现无极调速的一种间隙微调式磁流变离合器。

背景技术

近年来国内诸多学者对磁流变离合器传动装置给予了极大的关注，开展了许多研究。华中科技大学研发的径向自加压和离心式磁流变离合器，分别以固定曲线形式及改变间隙值来调节磁流变离合器输出扭矩，但只能被动调节，无法实现任意的主动控制，应用中具有局限性。中国矿业大学针对小负载扭矩调速应用设计了双盘式离合器，其致命问题是密封位于大圆周上，高滑差转速下极易出现磁流变液泄露。他们还设计了大输出扭矩的多片式结构，并采用循环水冷却解决温升问题。石家庄铁道学院杨韶普，申玉良等人实验研制了盘式汽车冷却风扇用磁流变无级调速离合器，通过试验测试其调速特性发现，由于盘片间隙无法调节，离合器在零磁场、高滑差转速下，液体自身的粘性力使得主动盘与从动盘无法完全脱离，该问题对于以上研发的离合器普遍存在，其结构有待进一步改进。浙江师范大学王鸿云等人实用新型的挤压式磁流变离合器，其设计的调节间隙结构使相对做旋转运动的主从动件的动密封连接处产生轴向位移，且密封位于大圆周上，现实中无法实现安全密封，其设计存在问题。

国外许多学者对磁流变离合器传递扭矩及调速特性进行了深入研究。Gary Lee等人实用新型并研制了用于汽车冷却风扇用无级调速磁流变离合器，其采用热敏材料，根据温度自动调节锥形截面，通过减小盘片间隙来增大输出扭矩从而实现调速。采用永磁铁，无需电流控制装置。由于装置采用永磁铁，其输出扭矩只能根据温度大小通过盘片间隙来被动调节，使用范围有限，且其锥形截面占用空间较大且耗费磁流变液。

以上关于磁流变离合器设计中存在的普遍问题是，由于主从动盘片间隙值作为固定结构参数值不可调节，导致输出扭矩范围不够宽。若间隙值小，则在大滑差转速下（高剪切速率），由于液体粘性力的存在，无法实现零扭矩输出的完全脱离；若间隙值取大，则工作间隙内磁场强度将减小，从而得不到较大的输出扭矩。零磁场输出的最小扭矩与加电流后输出扭矩的最大值成为矛盾双方，采用固定盘片间隙值无法使二者相互协调，满足较宽的扭矩输出和调速范围。盘片间隙值作为结构参数，成为限制扭矩范围和调速范围的关键因素，要解决最小扭矩和最大扭矩对间隙值设定的矛盾，必须使盘片间隙值可调。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种间隙微调式磁流变离合器，能够在工作中自动调节内外盘片间隙，使其在大滑差转速下能保证输入轴与输出轴完全脱离，可根据工作要求采用主动控制方式获得任意输出转速，实现从零起始的无级调速。 

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种间隙微调式磁流变离合器，包括输入轴、输出轴、内盘片、左外盘片、右外盘片、左壳体、右壳体及固定于右壳体上的电磁线圈，所述左外盘片、内盘片、右外盘片和右壳体围绕组成主磁路，且右外盘片相对于右壳体轴向固定不动，所述左壳体为不导磁材料；所述内盘片、右外盘片分别采用滑键与输入轴连接，与内盘片连接的滑键右端安装有弹簧I，弹簧I右侧设置有用于限定内盘片移动右极限位置的定位环；所述左外盘片通过滑键与输出轴连接，输入轴左端设置有顶针销和弹簧II，顶针销通过弹簧II弹力压紧在左外盘片右端面上，以实现左外盘片的初始定位及轴向移动时的定位和回复。

所述左外盘片和右外盘片间连接有隔磁环，左外盘片和隔磁环之间可轴向移动，其圆周方向为静连接，右外盘片与隔磁环固定连接。

左外盘片呈盲孔结构，避免了使用静密封结构而导致磁流变液泄漏。其靠近边缘的凹槽内嵌有永久磁环和导磁体，构成局部密封磁路。导磁体下方制出槽环结构，左外盘片和隔磁环间的空隙内填有密封橡胶和磁流变液体，构成磁流变密封装置。

左外盘片圆周上设置有凸齿，隔磁环圆周上设有与凸齿相匹配的凹槽，左外盘片和隔磁环通过凸齿和凹槽实现圆周方向的连接。

右外盘片和输入轴间采用旋转泛塞封进行密封。

与内盘片连接的滑键左端设有用于限制内盘片移动左极限位置的螺钉。

输入轴与右壳体之间安装有轴承I，输入轴与右外盘片之间安装有轴承II，输出轴与左壳体之间安装有轴承III，轴承I、轴承III和轴承II用于实现轴向定位。

本实用新型带来的有益效果为：该磁流变离合器输出转矩、转速范围宽，密封安全、结构紧凑、无电刷；能够在大滑差转速下保证输入轴与输出轴完全脱离，通过调节电流大小可控制其内外盘片间隙值，并改变磁流变液本身的屈服强度，从而获得所期望的输出扭矩，通过主动控制即可方便实现从零到任意转速的调节，实现了调速范围较宽的无极调速。

附图说明

图1为本磁流变离合器的结构示意图；

图2为左外盘片的主视图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为隔磁环的主视图；

图5为图4的A-A剖视图；

图6为磁流变离合器主磁路的结构示意图；

图7为磁流变离合器密封磁路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，一种间隙微调式磁流变离合器，该离合器包括固定机架、输入轴1、内盘片6、输出轴17、左外盘片15、右外盘片7和隔磁环9。

固定机架包括左壳体11、右壳体7和固定在右壳体7上的电磁线圈10，离合器工作时电磁线圈10固定不动。其中，左壳体11采用不导磁材料，不构成主磁路；右壳体7采用导磁性良好的钢材，右壳体7作为主磁路的组成部分。

输入轴1和内盘片6构成一个构件。输入轴1与右壳体3之间通过轴承I 2支撑，并通过轴承盖 23、弹簧挡圈和挡肩进行轴向定位。输入轴1与内盘片6通过滑键连接，使内盘片6可相对于输入轴1轴向滑动，滑键右端安装有弹簧I 5，内盘片6向右移动时弹簧I 5将压缩，依靠弹簧I 5的回复力可使内盘片6回复原位。轴肩上套有定位环4，弹簧I 5右侧顶住定位环4，可限定内盘片6移动的右极限位置。滑键上有定位螺钉，右边螺钉嵌入滑键，左边螺钉凸出，以限制内盘片6移动的左极限位置。

    输出轴17和外盘片够成一个构件。外盘片由左外盘片15、右外盘片7和隔磁环9组成，隔磁环9采用不导磁材料。右外盘片7和隔磁环9通过紧固螺钉8连接在一起，左外盘片15的凸齿25（如图2）插入隔磁环9的凹槽26内实现圆周方向的连接，两者可实现轴向移动。右外盘片7和隔磁环9与输入轴1之间安装有支撑轴承II 22，通过轴承II 22使其轴向相对右壳体3固定不动，实现轴向定位。左外盘片15做成盲孔结构，避免了使用静密封结构导致磁流变液泄漏。左外盘片15采用悬臂结构通过滑键与输出轴17连接，实现轴向移动。在输入轴1左端面上有孔，其内安装有顶针销19和弹簧II 20，顶针销19通过弹簧II 20弹力压紧在左外盘片15右端面上，使左外盘片15压紧在输出轴17上，以实现盲孔结构的左外盘片15的初始轴向定位，及轴向移动时的定位和回复。 

输出轴17与左壳体11之间安装有轴承III 16，并通过轴承III 16、轴承端盖18及轴端挡圈实现轴向定位。轴承III 16 和轴承II 22两端定位的配置方式，使整个输出构件实现良好的对称支撑结构，并保证了整个输出构件的轴向定位。当左外盘片15向右轴向移动时，弹簧II 20将继续被压缩，其回复力可使左外盘片15回复原位。

左外盘片15和隔磁环9之间可轴向移动，其圆周方向为静连接，应保证良好的密封性。本实用新型采用磁流变液密封装置，如图6。永久磁环12和导磁体13内嵌在左外盘片15的凹槽内并紧紧吸附其上。由左外盘片15局部和导磁体13分别构成磁极和磁轭，构成局部密封磁路28；导磁体13下方制出槽环结构，提高密封效果。由左外盘片15和隔磁环9围绕构成的空隙内填入密封橡胶14和较为粘稠的磁流变液体24。依靠密封橡胶和磁场下的磁流变液的固体塑性双重密封使左外盘片15相对隔磁环9移动时密封更为可靠。右外盘片7和输入轴1间采用旋转泛塞封21进行可靠密封。

由于隔磁环9为不导磁材料，因此离合器整个主磁路27通过隔磁环9下方的内盘片6，如图6，主磁路27由左外盘片15、内盘片6、右外盘片7、右壳体3构成。主磁路27与起密封作用的密封磁路28不相干涉。主磁路与密封磁路分别如图6和图7所示。

当输入轴1高转速转动时，不给电磁线圈10施加电流，此时输入盘片与输出盘片处于初始位置，两者之间具有较大的间隙值，使得高滑差转速下的粘性力较小，从而实现输入轴1与输出轴17能够完全脱离，实现零扭矩输出。

当施加电流后，电磁线圈10产生磁场，内、外盘片在磁场作用下相互吸引，右外盘片7相对于壳体固定不动，内盘片6沿输入轴1上的滑键向右移动，压紧弹簧I 5。同时，左壳体11不构成主磁路，其对左外盘片15没有吸引作用，因此左外盘片15将受到内盘片6向右的吸引力，沿输出轴17的滑键向右移动，其上凸齿25沿隔磁环9的凹槽26轴向移动，左外盘片15右端面继续压紧顶针销19及弹簧II20，轴向移动直至隔磁环9凹槽26的最右端。此时实现了内外盘片间隙值的减小，从而可获得较大的传递力矩。通过电流大小可调节其盘片间隙值，并改变磁流变液本身的屈服强度，从而获得所期望的输出扭矩，通过主动控制即可方便实现从零到任意转速的调节，该磁流变离合装置实现了调速范围较宽的无极调速。

若要使内外盘片分离，则可切断电流，此时磁场消除，内盘片6通过弹簧I 5的回复力向左恢复原位；左外盘片15依靠弹簧II 20的回复力恢复原位；盘片间隙增大，即可使内外盘片的完全脱离，实现零转速。左外盘片15轴向位移过程中磁流变液密封装置可实现可靠的密封。

Claims (7)

1.一种间隙微调式磁流变离合器，包括输入轴（1）、输出轴（17）、内盘片（6）、左外盘片（15）、右外盘片（7）、左壳体（11）、右壳体（3）及固定于右壳体（3）上的电磁线圈（10），其特征在于：所述左外盘片（15）、内盘片（6）、右外盘片（7）和右壳体（3）围绕组成主磁路（27），且右外盘片（7）相对于右壳体（3）轴向固定不动，所述左壳体（11）为不导磁材料；所述内盘片（6）、右外盘片（7）分别采用滑键与输入轴（1）连接，与内盘片（6）连接的滑键右端安装有弹簧I（5），弹簧I（5）右侧设置有用于限定内盘片（6）移动右极限位置的定位环（4）；所述左外盘片（15）通过滑键与输出轴（17）连接，输入轴（1）左端设置有顶针销（19）和弹簧II（20），顶针销（19）通过弹簧II（20）弹力压紧在左外盘片（15）右端面上以实现左外盘片（15）的初始定位及轴向移动时的定位和回复。

2.根据权利要求1所述的一种间隙微调式磁流变离合器，其特征在于：所述左外盘片（15）和右外盘片（7）间连接有隔磁环（9）；左外盘片（15）和隔磁环（9）之间可轴向移动，其圆周方向为静连接；右外盘片（7）与隔磁环（9）固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种间隙微调式磁流变离合器，其特征在于：左外盘片（15）呈盲孔结构，其靠近边缘的凹槽内嵌有永久磁环（12）和导磁体（13），左外盘片（15）和隔磁环（9）间的空隙内填有密封橡胶（14）和磁流变液体（24）。

4.根据权利要求2所述的一种间隙微调式磁流变离合器，其特征在于：左外盘片（15）圆周上设置有凸齿（25），隔磁环（9）圆周上设有与凸齿（25）相匹配的凹槽（26），左外盘片（15）和隔磁环（9）通过凸齿（25）和凹槽（26）实现圆周方向的连接。

5.根据权利要求1所述的一种间隙微调式磁流变离合器，其特征在于：右外盘片（7）和输入轴（1）间采用旋转泛塞封（21）进行密封。

6.根据权利要求1所述的一种间隙微调式磁流变离合器，其特征在于：与内盘片（6）连接的滑键左端设有用于限制内盘片（6）移动左极限位置的螺钉。

7.根据权利要求1所述的一种间隙微调式磁流变离合器，其特征在于：输入轴（1）与右壳体（3）之间安装有轴承I（2），输入轴（1）与右外盘片（7）之间安装有轴承II（22），输出轴（17）与左壳体（11）之间安装有轴承III（16），轴承I（2）、轴承III（16）和轴承II（22）用于实现轴向定位。