間隙可調式磁流變液力學性能測試裝置的製作方法

2023-09-13 02:52:55 2

本發明屬於磁流變液的特性研究領域，特別涉及一種間隙可調式磁流變液力學性能測試裝置。

背景技術：

磁流變液(MRF)是一種對磁場敏感、性能可控的新型智能材料。它是一種主要由非磁性載液和分散於其中的磁性顆粒以及添加劑混合而成的懸浮液。在無磁場作用時表現為牛頓流體特性，一旦施加外磁場，其特性可在毫秒級的時間裡由牛頓流體轉變為具有高黏度、低流動性的Bingham流體，並具有一定的抗剪切屈服能力，這種變化具有連續、可逆、易控、響應迅速及工作溫度範圍大等特點。因此，作為一種極具前景的智能材料，磁流變液及其器件可廣泛應用於車輛、橋梁、醫療、機械、建築、航空航天等領域。

磁流變液的性能主要包括剪切屈服強度、零場粘度、沉降穩定性和再分散，其中剪切屈服強度與軟磁性顆粒的含量、磁學性質以及顆粒粒徑密切相關。磁流變液的法向應力伴隨其剪切應力產生，是擠壓型磁流變液阻尼器以及進一步擴充磁流變液應用領域的研究基礎，且正確測試其屈服應力是磁流變液機理研究和應用的關鍵。因此，開發一種間隙可調式磁流變液屈服應力測試裝置具有非常重要的科研價值與經濟價值。平板型磁流變測試裝置的平板型剪切面積較大，測量時不易產生勻強磁場，而本發明採用圓盤式剪切模式，能夠產生較為均勻的勻強磁場。

技術實現要素：

本發明提供了一種間隙可調式磁流變液力學性能測試裝置，將磁流變液置於勵磁線圈的中央，磁場能垂直且均勻分布在所述的磁流變液上，同時可通過調節勵磁線圈中電流的大小來改變磁感應強度的大小，通過調節第一螺栓來調節剪切間隙的大小，和通過調節電機的轉速來調節剪切速率。

本發明的技術方案如下：

一種間隙可調式磁流變液力學性能測試裝置，包括導磁箱體、端蓋、下圓盤、上圓盤、電機、勵磁線圈、扭矩傳感器和支架，所述的電機連接在所述的端蓋上，所述的導磁箱體與所述的端蓋可拆卸式連接，所述的上圓盤和所述的下圓盤的中心軸線重合，在所述的上圓盤與所述的下圓盤之間的所述的下圓盤的上端面設有環型磁流變液腔，所述的上圓盤的上端穿出所述的端蓋與所述的電機的輸出端連接，所述的下圓盤的下端穿過所述的導磁箱體與所述的支架相連接，所述的支架上開有槽，所述的下圓盤通過第一螺栓在所述的槽中上下移動，調節剪切間隙，在所述的導磁箱體內的所述的下圓盤上設有中心軸線重合的軸肩，所述的軸肩上繞有所述的勵磁線圈，所述的導磁箱體的底部與所述的扭矩傳感器的一端連接，所述的矩傳感器的另一端與所述的下圓盤的下端連接。

進一步的優選，還包括電機支撐架，所述的電機與電機支撐架固定為一體，並通過螺釘連接在所述的端蓋上；所述的環型磁流變液腔為環型非磁性四氟墊圈。

進一步的優選，所述的上圓盤的上端通過聯軸器與所述的電機的輸出端連接。

進一步的優選，所述的上圓盤與所述的端蓋之間通過軸承連接，所述的軸承與所述的端蓋過盈配合連接。

進一步的優選，所述的軸承為直線軸承。

進一步的優選，所述的電機的輸出端和所述的上圓盤的中心軸線重合。

進一步的優選，所述導磁箱體、端蓋和下圓盤的磁路均採用高磁導率的磁軛材料，所述的上圓盤採用高磁導率低剩磁的20#鋼。

進一步的優選，所述的軸肩的形狀為圓臺形。

進一步的優選，所述的導磁箱體的一側開有兩個孔。

進一步的優選，所述的導磁箱體與所述的端蓋螺紋連接。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

第一.本發明的一種間隙可調式磁流變液力學性能測試裝置，通過在與中心軸線重合的下圓盤上設有一繞有勵磁線圈的軸肩，使得磁流變液置於磁場發生裝置的中央，磁場能垂直且均勻分布在磁流變液上；

第二.本發明的一種間隙可調式磁流變液力學性能測試裝置，通過在所述的支架上開有一定長度的槽，所述的下圓盤通過調節第一螺栓實現其在所述的槽中上下移動，進而實現磁流變液應力測試裝置剪切間隙的調節；

第三.本發明的一種間隙可調式磁流變液力學性能測試裝置，通過調節勵磁線圈中電流的大小來改變磁感應強度的大小，通過調節電機的轉速來改變剪切速率，具有操作簡便、間隙可調、精確度高、定位準確等優點。

當然，實施本發明的任一產品並不一定需要同時達到以上所述的所有優點。

附圖說明

圖1為本發明的一種間隙可調式磁流變液力學性能測試裝置的縱向剖面示意圖；

圖2為本發明的一種間隙可調式磁流變液力學性能測試裝置的下圓盤與支架連接關係的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應該理解，這些實施例僅用於說明本發明，而不用於限定本發明的保護範圍。在實際應用中本領域技術人員根據本發明做出的改進和調整，仍屬於本發明的保護範圍。

為了更好的說明本發明，下方結合附圖對本發明進行詳細的描述。

如圖1所示，本發明的一種間隙可調式磁流變液力學性能測試裝置，包括導磁箱體1、端蓋2、下圓盤3、上圓盤4、電機5、勵磁線圈6、扭矩傳感器7、支架8和電機支撐架9，所述的電機5與電機支撐架9通過四個第二螺栓(圖中未標示)固定為一體，並通過四個螺釘10固定連接在所述的端蓋2上，所述的電機5用於帶動所述的上圓盤4轉動，所述的導磁箱體1與所述的端蓋2通過螺紋16連接，所述的上圓盤4與所述的下圓盤3、所述的電機5的輸出端的中心軸線均重合，實現所述的下圓盤3和上圓盤4的軸向固定，在所述的上圓盤4與所述的下圓盤3之間的所述的下圓盤3的上端面設有環型非磁性四氟墊圈11，用於放置磁流變液，所述的上圓盤4的上端穿出所述的端蓋2，通過聯軸器12與所述的電機5的輸出端連接，所述的上圓盤4與所述的端蓋2之間通過直線軸承13連接，所述直線軸承13與所述的端蓋2過盈配合連接，徑向固定上圓盤4，減小摩擦阻力，所述的下圓盤3的下端穿過所述的導磁箱體1與所述的支架8相連接，所述的支架8上開有一定長度的槽18，所述的下圓盤3通過第一螺栓14在所述的槽18中上下移動，調節剪切間隙，在所述的導磁箱體1內的所述的下圓盤3上設有中心軸線重合的軸肩15，所述的軸肩15上繞有所述的勵磁線圈6，所述的勵磁線圈6為磁場發生裝置；所述的導磁箱體1的底部與所述的扭矩傳感器7的一端連接，所述的矩傳感器7的另一端與所述的下圓盤3的下端連接，具體的，所述的下圓盤3伸出導磁箱體1端的底部通過左旋螺紋孔(圖中未標示)與扭矩傳感器7一端連接，扭矩傳感器7的另一端通過螺紋與下圓盤3的下端連接，從而實現下圓盤3的軸向固定。

所述導磁箱體1、端蓋2和下圓盤3的磁路均採用高磁導率的磁軛材料，所述的上圓盤4採用高磁導率低剩磁的20#鋼，以約束感應圈漏磁向外擴散，提高磁感應加入的效率。

所述的軸肩15的形狀為圓臺形，本發明對所述的軸肩15的形狀不作限制。

所述的導磁箱體1的一側開有兩個20mm的圓孔，一個圓孔(圖中未標示)用於勵磁線圈中導線的引出與控制電源相連，另一個圓孔17用於特斯拉計探針的放置。

在磁流變液產生磁流變效應的過程中，會同時產生法向應力，該力將會促使上圓盤4和下圓盤3往相反方向運動，從而引起剪切間隙變化，本發明可通過調節第一螺栓14實現其在所述的槽中上下移動，從而實現磁流變液應力測試裝置剪切間隙的調節，同時在與中心軸線重合的下圓盤上設有一繞有勵磁線圈的軸肩，使得磁流變液置於磁場發生裝置的中央，磁場能垂直且均勻分布在磁流變液上。

其工作原理如下：由於磁流變液在磁場的作用下表現出非牛頓流體的特性，其力學模型可以採用Bingham模型來進行描述，式(1-1)給出的τy是磁流變液的磁致剪切屈服應力，η是磁流變液的粘度係數；定義剪切應變為

其中，r為上下剪切盤的半徑，h為剪切間隙，ω為電機的轉速，根據電機轉速和剪切間隙，可以計算得到剪切應變的大小。

剪切轉矩可表示為

式(1-3)給出了磁流變液阻尼材料的剪切轉矩與剪切圓盤的半徑rd、外部的磁感應強度(主要影響磁致剪切屈服應力)、剪切應變及剪切間隙h之間的關係。根據磁流變液的特性，外加電流後，剪切轉矩的大小主要與磁流變液的磁致剪切屈服應力有關，因此可由實驗測試得磁流變液剪切扭矩，並通過上式計算獲得磁流變液的剪切屈服應力。

以上公開的本發明優選實施例只是用於幫助闡述本發明。優選實施例並沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本發明。本發明僅受權利要求書及其全部範圍和等效物的限制。