CN218177794U

CN218177794U - Sma挤压的衔铁与圆盘式mrf联合制动器

Info

Publication number: CN218177794U
Application number: CN202222758843.0U
Authority: CN
Inventors: 巩杭; 赵金涛; 黄金
Original assignee: Chongqing University of Technology
Current assignee: Chongqing University of Technology
Priority date: 2022-10-20
Filing date: 2022-10-20
Publication date: 2022-12-30
Anticipated expiration: 2032-10-20

Abstract

本实用新型公开了一种SMA挤压的衔铁与圆盘式MRF联合制动器，包括主动轴、制动壳体以及基座，主动轴位于制动壳体内的部分扩大形成传动段；所述制动壳体与基座固定相连，所述传动段与制动壳体之间填充有磁流变液；在制动圆筒内侧设有励磁线圈；所述传动段内设有若干弹簧槽，在弹簧槽内设有形状记忆合金弹簧；在传动段的外侧，对应各弹簧槽分别设有一衔铁块。本实用新型能够充分利用形状记忆合金弹簧的形状记忆效应与磁流变液的流变特性，实现高温下形状记忆合金驱动衔铁产生额外摩擦转矩补偿磁流变液转矩，提高了磁流变液的使用寿命，增加了该制动装置的稳定性，解决了该制动器热衰减的问题。

Description

SMA挤压的衔铁与圆盘式MRF联合制动器

技术领域

本实用新型涉及动力传动技术领域，尤其涉及一种SMA(形状记忆合金)挤压的衔铁与圆盘式MRF(磁流变液)联合制动器。

背景技术

磁流变液(MRF)是一种流变特性受外加磁场约束和控制的新型的固液两相智能材料，是由基础液、添加剂与均匀分布于基础液中的磁性颗粒构成的特殊非胶性悬浮液体。其流变特性表现为在外加磁场作用下，MRF能够在微秒间完成液体到类固体的可逆转变，当外加磁场消失时，又可以从类固体恢复至液体。随着磁场的强度增大，MRF流体的表观粘度发生数量级的变化以至失去流动性，表现出Bingham塑性体的力学性质，磁场作用下MRF的剪切屈服应力、表观黏度均可由外加磁场控制产生无级变化。形状记忆合金(SMA)是一类具有形状记忆效应和超弹性的新型智能合金材料。SMA所具有的自感应、弹性模量可变等特性是区别于一般金属材料较为显著的特点。SMA不但具有形状记忆效应、超弹性，还具有良好的抗腐蚀能力、生物相容性、电阻特性和高阻尼性等特点，因此，SMA在汽车工业、医疗设备、机械控制和航空航天等领域有着广泛应用。

基于磁流变液与形状记忆合金的特殊的工作性能，二者在机械传动领域具有广泛的应用。如“CN113864374A”提出的一种形状记忆合金压紧的滑块与电磁摩擦联合制动器利用线圈产生的电磁力吸引衔铁产生摩擦转矩，随着制动器制动时间增加，衔铁盘产生摩擦热传递给形状记忆合金产生形状记忆效应进一步挤压衔铁，摩擦转矩进一步增大，通过控制电流可以控制该装置传递的转矩大小。又如“CN112460165A”提出的一种电磁力挤压的交叉圆弧槽磁流变离合器，通过励磁线圈产生的电磁力吸引衔铁，衔铁挤压多个圆弧槽之间的磁流变液，使之产生挤压强化效应，随着温度升高形状记忆合金也产生挤压力作用于衔铁，进一步增大作用于衔铁的挤压力，进而增强磁流变液的挤压强化效应，增大转矩。如“CN112253646A”提出的一种基于线圈发热致使形状记忆合金挤压轴瓦的磁流变传动装置，分别利用线圈发热致使形状记忆合金产生形状记忆效应挤压磁流变液弥补磁流变液在高温下工作性能下降的缺点，增大该传动装置传递的转矩，使得该传动装置也可在高温下继续工作。

上述磁流变液传动装置为了解决磁流变液在高温下工作性能下降的问题，大多采用了形状记忆合金直接或者间接产生转矩的方式或者采用加大结构堆叠的方式增强磁流变液的挤压强化效应，但在温度过高的工作环境下，磁流变液中的磁性颗粒易发生氧化，对磁流变液进行挤压会使磁性颗粒间的磨损会加剧；并且复杂堆叠的结构会使得装置发热严重，影响其工作性能。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种SMA挤压的衔铁与圆盘式MRF联合制动器。本实用新型能够充分利用形状记忆合金弹簧的形状记忆效应与磁流变液的流变特性，通过简单的布局结构，实现形状记忆合金摩擦转矩在高温下补偿磁流变液转矩的目的，提高了磁流变液的使用寿命，增加了该制动装置的稳定性，解决了该制动器性能热衰减的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种SMA挤压的衔铁与圆盘式MRF联合制动器，包括主动轴、制动壳体以及基座，主动轴位于制动壳体内的部分扩大形成传动段；所述制动壳体包括依次相连的制动圆筒、左壳体、右壳体以及与左、右壳体通过销轴连接的制动盘，所述制动壳体与基座固定相连；所述主动轴的右端依次穿过左壳体、左制动盘后伸入制动壳体内，并通过轴承与左、右制动盘转动连接，且主动轴位于制动壳体内的部分扩大形成传动段；所述传动段与左制动盘和右制动盘之间均具有间隙，在该间隙内填充有磁流变液；所述制动壳体与基座固定连接；在制动圆筒内侧设有绕其一周的线圈槽，在该线圈槽内设有励磁线圈，所述励磁线圈由一隔磁环封闭在线圈槽内；其特征在于：在主动圆筒内，绕其一周设有数个弹簧槽，所述弹簧槽沿传动段的径向设置，在弹簧槽内设有形状记忆合金摩擦弹簧；在传动段的外侧，对应各弹簧槽分别设有一摩擦衔铁块，所述形状记忆合金摩擦弹簧的一端与摩擦衔铁块固定连接，另一端与弹簧槽的槽底相连；在传动段上，对应各摩擦衔铁块还设有容置槽，初始状态下，在形状记忆合金摩擦弹簧的作用下，摩擦衔铁块位于容置槽内，并与隔磁环及制动圆筒之间具有间隙，当温度升高后，形状记忆合金弹簧能推动摩擦衔铁块沿容置槽滑出并与隔磁环及制动圆筒之间产生摩擦力。

进一步地，在左壳体和右壳体内侧分别设有一制动盘，所述制动盘套设在主动轴上，该制动盘外侧与制动壳体贴合，内侧与主动轴之间具有一定间隙，所述磁流变液位于制动盘与制动壳体之间的间隙内。

进一步地，在制动盘背离传动段的一侧，还绕其一周设有数根定位销，在左壳体和右壳体上，对应定位销设有定位孔，所述定位销的一端与制动盘固定连接，另一端伸入定位孔内，并与定位孔滑动配合相连。

进一步地，所述摩擦衔铁块位于主动轴传动段外侧，主动轴传动段外侧设有数个与之对应的弹簧槽，弹簧槽内还设有一导向杆，所述导向杆沿传动段径向设置，并伸入弹簧槽与衔铁内。

进一步地，在传动段与制动圆筒之间还设有两密封圈，两密封圈分布于摩擦衔铁块的两侧。

进一步地，在左壳体的左侧固定有一端盖，所述主动轴与左端盖转动连接，并采用密封圈进行密封处理。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1.采用MRF(磁流变液)与SMA(形状记忆合金)相结合的方式，使制动器在整个工作温度区间内具有更加优异的制动性能，进而使得该装置可以满足长时间制动、频繁制动的工作要求。

2.充分利用SMA弹簧的形状记忆效应，利用SMA在温度感应方面的特点来弥补MRF制动器在高温下性能下降甚至失效的缺点，增加了该致动器的稳定性。

3.该制动器结构简单，易实现，避免了制动器结构复杂导致发热严重影响工作性能的问题，解决了传统致动器中热衰退问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1沿A-A向的剖视图。

图中：1-主动轴，201-左壳体，202-制动圆筒，203-右壳体，3-基座，4-传动段，5-左制动盘，6-右制动盘，7-磁流变液，8-励磁线圈，9-隔磁环，10-左端盖，11-密封毡圈，12-定位销，13-弹簧槽，14-形状记忆合金弹簧，15-摩擦衔铁块，16-导向杆。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例：参见图1、图2，一种SMA挤压的衔铁块与圆盘式MRF联合制动器，包括主动轴1、制动壳体以及基座3，所述制动壳体包括依次相连的左壳体201、制动圆筒202以及右壳体203，所述制动壳体与基座3固定相连，所述主动轴1位于制动壳体内的部分扩大形成传动段4；所述主动轴1的右端依次穿过左壳体201、左制动盘4后伸入制动壳体内，并通过轴承与左制动盘5、右制动盘6转动连接，且主动轴1位于制动壳体内的部分扩大形成传动段；所述传动段与左制动盘5和右制动盘6之间均具有间隙，在该间隙内填充有磁流变液7；所述制动壳体与右壳体203通过螺栓固定连接；在制动壳体内侧设有绕其一周的线圈槽，在该线圈槽内设有励磁线圈8，所述励磁线圈8由隔磁环9封闭在线圈槽内。

在制动壳体一侧加工有导线孔，所述励磁线圈8通过导线孔与外部连接供电，制动器未工作时，励磁线圈不通电，无磁场产生。制动器工作时，在左壳体201的左侧固定有左端盖10，所述主动轴1与左端盖10转动连接，并通过密封毡圈11密封；右壳体203与右端盖设为一体，所述制动壳体与基座3固定相连，基座通过地脚螺栓固定，实现制动效果。

具体实施时：在左壳体201和右壳体203内侧分别设有一制动盘，所述制动盘套设在主动轴1上，该制动盘外侧与制动壳体贴合，内侧与主动轴1之间具有一定间隙，所述磁流变液7位于制动盘与制动壳体之间的间隙内。在主动盘背离传动段4的一侧，还绕其一周设有数根定位销12，在左壳体201和右壳体203上，对应定位销12设有定位孔，所述定位销12的一端与主动盘固定连接，另一端伸入定位孔内，并与定位孔滑动配合相连。

在传动段4的侧壁上，绕其一周设有数个弹簧槽13，所述弹簧槽13沿传动段4的径向设置，在弹簧槽13内设有形状记忆合金弹簧14。在传动段4的外侧，对应各弹簧槽12分别设有一摩擦衔铁块15，在传动段4与制动圆筒202之间还设有两密封圈16，两密封圈16分布于摩擦衔铁块15的两侧。所述形状记忆合金弹簧14的一端与摩擦衔铁块15相连，另一端与弹簧槽13的槽底相连。所述摩擦衔铁块15背离主动圆筒202的一侧，对应弹簧槽12的位置还设有一导向杆16，所述导向杆16沿传动段4的径向设置，并伸入弹簧槽12内。在传动段4上，对应各摩擦衔铁块15还设有容置槽，初始状态下，在形状记忆合金摩擦弹簧13的作用下，摩擦衔铁块15位于容置槽内，并与隔磁环9及制动圆筒202之间具有间隙，当温度升高后，形状记忆合金弹簧14能推动摩擦衔铁块15沿容置槽滑动并与隔磁环9及制动圆筒202之间产生摩擦力。

为了更方便理解本实用新型，本实用新型的工作过程，如下：

(1).当制动器未工作时，励磁线圈未通电，MRF中的羰基铁粉颗粒在基础液中处于游离状态，此时依靠MRF的零场黏度产生的转矩几乎不能产生制动作用。

(2).当制动器开始工作时，励磁线圈开始通电并产生磁场，磁场垂直穿过磁流变液工作间隙，磁流变液在磁场的作用下，磁性颗粒沿着磁场方向排列成链状结构，依靠这种链状结构能增大磁流变液的屈服应力，其流动表现出粘塑性体行为，并且流变特性可由励磁线圈产生的磁场连续控制，依靠磁流变液的剪切屈服应力产生制动转矩。

(3).当电流逐渐增大，制动器的磁流变液剪切转矩增大，但当制动器长时间制动或频繁制动时，线圈内部铜损发热与制动器工作时发热导致温度上升，磁流变液工作性能下降，当制动器温度超过SMA弹簧相变温度后，SMA弹簧产生驱动力，使衔铁块紧顶制动外壳的内壁，产生摩擦转矩；SMA产生的摩擦转矩能弥补MRF转矩下降的部分，保证制动器即使在高温下，其制动性能也能基本保持稳定。

(4).制动结束时，线圈断电，MRF在磁场消失后由粘塑性体又恢复为牛顿流体，此时温度降低，形状记忆合金弹簧恢复，衔铁块与制动壳体脱开，制动过程结束。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型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，那些对本实用新型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，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种SMA挤压的衔铁与圆盘式MRF联合制动器，包括主动轴、制动壳体以及基座，主动轴位于制动壳体内的部分扩大形成传动段；所述制动壳体包括依次相连的制动圆筒、左壳体、右壳体以及与左、右壳体通过销轴连接的制动盘，所述制动壳体与基座固定相连；所述主动轴的右端依次穿过左壳体、左制动盘后伸入制动壳体内，并通过轴承与左、右制动盘转动连接，且主动轴位于制动壳体内的部分扩大形成传动段；所述传动段与左制动盘和右制动盘之间均具有间隙，在该间隙内填充有磁流变液；所述制动壳体与基座固定连接；在制动圆筒内侧设有绕其一周的线圈槽，在该线圈槽内设有励磁线圈，所述励磁线圈由一隔磁环封闭在线圈槽内；其特征在于：

在主动圆筒内，绕其一周设有数个弹簧槽，所述弹簧槽沿传动段的径向设置，在弹簧槽内设有形状记忆合金摩擦弹簧；在传动段的外侧，对应各弹簧槽分别设有一摩擦衔铁块，所述形状记忆合金摩擦弹簧的一端与摩擦衔铁块固定连接，另一端与弹簧槽的槽底相连；在传动段上，对应各摩擦衔铁块还设有容置槽，初始状态下，在形状记忆合金摩擦弹簧的作用下，摩擦衔铁块位于容置槽内，并与隔磁环及制动圆筒之间具有间隙，当温度升高后，形状记忆合金弹簧能推动摩擦衔铁块沿容置槽滑出并与隔磁环及制动圆筒之间产生摩擦力。

2.根据权利要求1所述的一种SMA挤压的衔铁与圆盘式MRF联合制动器，其特征在于：在左壳体和右壳体内侧分别设有一制动盘，所述制动盘套设在主动轴上，该制动盘外侧与制动壳体贴合，内侧与主动轴之间具有一定间隙，所述磁流变液位于制动盘与制动壳体之间的间隙内。

3.根据权利要求2所述的一种SMA挤压的衔铁与圆盘式MRF联合制动器，其特征在于：在制动盘背离传动段的一侧，还绕其一周设有数根定位销，在左壳体和右壳体上，对应定位销设有定位孔，所述定位销的一端与制动盘固定连接，另一端伸入定位孔内，并与定位孔滑动配合相连。

4.根据权利要求1所述的一种SMA挤压的衔铁与圆盘式MRF联合制动器，其特征在于：所述摩擦衔铁块位于主动轴传动段外侧，主动轴传动段外侧设有数个与之对应的弹簧槽，弹簧槽内还设有一导向杆，所述导向杆沿传动段径向设置，并伸入弹簧槽与衔铁内。

5.根据权利要求1所述的一种SMA挤压的衔铁与圆盘式MRF联合制动器，其特征在于：在传动段与制动圆筒之间还设有两密封圈，两密封圈分布于摩擦衔铁块的两侧。

6.根据权利要求1所述的一种SMA挤压的衔铁与圆盘式MRF联合制动器，其特征在于：在左壳体的左侧固定有一端盖，所述主动轴与左端盖转动连接，并采用密封圈进行密封处理。