一種磁流變材料測試設備剪切機構的製作方法
2023-09-22 11:43:00
專利名稱：一種磁流變材料測試設備剪切機構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及磁流變液的技術領域，尤其是涉及一種磁流變材料測試設備的剪切機構。
背景技術：
磁流變液是一種新型智能材料，其由微米級鐵磁性顆粒均勻分布於特定溶磁流變材料是一種新型智能材料，包括磁流變脂、磁流變彈塑體、磁流變液等，其中磁流變液的研究和應用最為廣泛。磁流變液，是一種由微米級鐵磁性顆粒均勻分布於特定溶劑中所形成的懸浮混合物，當無外加磁場時，流變特性與普通牛頓流體類似，但在外加強磁場作用下時可產生磁流變效應(Magnetorheological Effect MRE)，即表觀粘度可在毫秒級內增加幾個數量級，呈現類固體的力學性質，且剪切應力與粘度隨磁場發生可逆變化。這是因為當磁流變液處於強磁場作用下時，其懸浮磁性顆粒被感應為強磁性，在磁極之間形成「鏈」狀的橋，使其在瞬間由液體變為黏性類固體。磁流變液由Rabinow於1948年實用新型以來，在機械、航空航天、石油、土木工程等眾多工程領域內已有一定的理論研究和應用實踐。隨著科技的生產實踐的發展，其應用越來越廣，不斷地有新型配方的磁流變液出現。故怎樣對新產生的磁流變液的性能進行測試，就需要專門的測試設備。現有技術中已存在一些用於檢測磁流變液性能的技術，比如我國實用新型專利號 ZL200810030896. 2所公布的一種磁流變拋光液流變性測試設備，它包括計算機、支架以及固定於支架上的扭矩測量裝置、磁場發生裝置、剪切機構和驅動機構，扭矩測量裝置、磁場發生裝置和驅動機構與計算機相連，裝設於磁場發生裝置中的剪切機構包括剪切環和固定環，剪切環位於固定環的上方，剪切環和固定環上的外圓周處分別設有具有一定高度的剪切環邊沿和固定環邊沿，剪切環邊沿和固定環邊沿之間形成用來存儲磁流變拋光液的儲液凹槽，呈盤狀的剪切環中心處上方設有與驅動機構相連的旋轉軸，固定環的中心處下方設有與扭矩測量裝置相連的連接軸。該實用新型具有結構簡單緊湊、成本低廉、控制方便、測試穩定且精度高等優點。這些現有的檢測裝置，可以檢測出磁流變液的部分特性，但是不能檢測出磁流變液更全面的性能，比如不能檢測出溫度對磁流變液性能的影響。故存在檢測功能有限的缺陷。為了解決所述缺陷，申請人自主設計了一種具有加溫及溫度檢測機構的磁流變材料測試設備，該測試設備能夠檢測出溫度變化對磁流變液性能的影響，但由於磁流變液加熱後可能發生膨脹等情況，故仍然採用現有的剪切機構則會對檢測結果造成影響，降低檢測精度。故需要設計一種新的剪切機構。
實用新型內容針對上述現有技術的不足，本實用新型要解決的技術問題是怎樣提供一種新的剪切機構，使其能夠降低磁流變材料加熱膨脹後對檢測結果造成的影響，提高檢測精度。為了解決上述技術問題，本實用新型中採用了如下的技術方案一種磁流變材料測試設備剪切機構，其特徵在於，所述剪切機構包括同軸心設置的轉軸、弱磁性材料製得的剪切環和固定環；所述轉軸靠軸承豎向設置在下襯套內部，轉軸下方通過減速器連接電機；所述剪切環安裝固定在轉軸上端；所述固定環上表面具有一個裝配圓臺，裝配圓臺側壁設置有定位鍵；所述剪切環上表面同軸心設置有一個環形的用於盛放磁流變液的磁流變液槽，磁流變液槽位置與下襯套上端向外側延展出的臺階位置對應，磁流變液槽底部嵌接有一個電工純鐵製得的下圓環片，磁流變液槽外壁高度高於內壁， 磁流變液槽內環之內同軸心設置有一個環形的溢出槽，溢出槽內環之內同軸心設置有一個環形的滾珠槽，滾珠槽內安裝有滾珠；所述固定環下表面對應所述磁流變液槽設置有一個環形的凸臺，該環形凸臺由一個電工純鐵材料的上圓環片嵌接在固定環上得到，上圓環片位置和上襯套下端位置對應；所述剪切環和固定環貼合後，能夠在磁流變液槽內形成一個外端封閉的磁流變液腔，在溢出槽內形成一個與磁流變液腔連通的溢出腔，同時能夠使剪切環和固定環通過滾珠形成滾動摩擦配合；所述固定環上表面設置有與溢出腔連通的通孔。本技術方案的剪切機構中，增設了溢出槽，並使得溢出槽處形成的溢出腔通過通孔與外界相通，這樣，當磁流變液加熱時，膨脹的部分液體可以流入溢出槽內，加熱產生的氣壓也可以通過通孔洩出，不會對測試造成影響，使得檢測結果精度更高。同時本實用新型中採用滾珠使得剪切環和固定環之間剪應力更多地集中在磁流變液處，進一步提高了檢測精度。申請人:還基於本剪切機構設計了一種磁流變液性能檢測裝置，其結構如下。一種磁流變材料測試設備，包括機架，所述機架上設置有磁場發生裝置，所述磁場發生裝置包括上磁極和下磁極，所述上磁極包括豎向設置的電工純鐵製造的上襯套和位於上襯套外部的電磁線圈繞組，所述下磁極包括豎向設置的電工純鐵製造的下襯套和位於下襯套外部的電磁線圈繞組，所述下襯套上端具有向外側延展的臺階；所述上襯套和上襯套外部的電磁線圈繞組固定於上連接板上，上連接板連接於機架，所述下襯套和下襯套外部的電磁線圈繞組固定在下連接板上，下連接板固定於機架；剪切機構，所述剪切機構包括同軸心設置的轉軸、弱磁性材料製得的剪切環和固定環；所述轉軸靠軸承豎向設置在下襯套內部，轉軸下方通過減速器連接電機；所述剪切環安裝固定在轉軸上端；所述固定環上表面具有一個裝配圓臺，裝配圓臺側壁設置有定位鍵；所述剪切環上表面同軸心設置有一個環形的用於盛放磁流變液的磁流變液槽，磁流變液槽位置與下襯套上端向外側延展出的臺階位置對應，磁流變液槽底部嵌接有一個電工純鐵製得的下圓環片，磁流變液槽外壁高度高於內壁，磁流變液槽內環之內同軸心設置有一個環形的溢出槽，溢出槽內環之內同軸心設置有一個環形的滾珠槽，滾珠槽內安裝有滾珠; 所述固定環下表面對應所述磁流變液槽設置有一個環形的凸臺，該環形凸臺由一個電工純鐵材料的上圓環片嵌接在固定環上得到，上圓環片位置和上襯套下端位置對應；所述剪切環和固定環貼合後，能夠在磁流變液槽內形成一個外端封閉的磁流變液腔，在溢出槽內形成一個與磁流變液腔連通的溢出腔，同時能夠使剪切環和固定環通過滾珠形成滾動摩擦配合；所述固定環上表面設置有與溢出腔連通的通孔；剪應力檢測機構，包括一個設置在上襯套內部的傳力筒，傳力筒內壁下端設置有鍵槽，所述固定環上表面的裝配圓臺可插接入傳力筒內部並使得裝配圓臺上的定位鍵滑動地配合在傳力筒內部的鍵槽內，傳力筒上端固定在上連接板上，傳力筒外壁上設置有一個內凹的臺階，該內凹的臺階上設置有剪應力傳感器；加溫及溫度檢測機構，包括位於固定環上表面的電加熱裝置和設置於固定環上表面通孔內的溫度探頭；升降機構，包括豎向固定設置於磁場發生裝置四周的數根定位立杆和一個固定連接於上連接板上方的第三連接板，所述上連接板和第三連接板可滑動地套接在所述定位立杆上；升降機構還包括一個豎向設置的螺旋杆，螺旋杆中部靠螺紋可轉動地配合在機架上， 螺旋杆下端向下穿過第三連接板並設置有一個承託盤，承託盤與第三連接板之間設置有一圈滾珠並靠滾珠實現對第三連接板的支承和滾動摩擦配合，螺旋杆上端橫向設置有手柄；控制系統，所述控制系統包括計算機控制中心和與計算機控制中心連接的所述電機、電磁線圈繞組、剪應力傳感器、電加熱裝置和溫度探頭。上述測試設備，其使用時將待檢測的磁流變液放入剪切環的磁流變液槽內，合上固定環，通過升降機構控制上磁極下壓使固定環的裝配圓臺裝配入傳力筒內，啟動電機帶動剪切環轉動，使得剪切環和固定環相對旋轉，然後開始檢測。檢測時，可以通過控制系統控制電機轉速來調節剪應變率，同時通過剪應力傳感器檢測實際剪應力大小；通過電加熱裝置調節溫度，同時通過溫度探頭檢測磁流變液實際溫度；通過控制電磁線圈繞組電流大小控制磁場強度；這樣可以檢測和計算出磁流變液的剪應力與溫度、剪應變率、磁場強度三者之間的線性關係，得到待檢測磁流變液的特性。其中，由於電磁線圈繞組產生磁場與電磁線圈繞組電流之間有嚴格的對應關係，電機電流和剪切環轉速之間也存在嚴格的對應關係，故可以先檢測出該對應關係並通過程序預設在控制系統的計算機控制中心內，測試設備工作時直接通過控制電磁線圈繞組電流來調節電磁線圈繞組磁場大小，通過控制電機電流來控制剪切環轉速，無需單獨再設置磁場檢測機構和轉速檢測機構，而溫度的變化容易受外界的影響，故需要設置溫度探頭檢測磁流變液實際溫度，使得最終測量結果的精確度可以得到保證。本測試設備中，機架可以設置為框架式結構，用於支撐其餘構件。磁場發生裝置中所述電工純鐵製造的上襯套和下襯套可以將電磁線圈產生的磁場集中引到中部，增加位於上磁極和下磁極中部位置的剪切環和固定環所在位置的磁通量，特別是下襯套上端具有一個向外延展的臺階，該臺階延展至與剪切環和固定環合攏後得到的磁流變液腔位置對應處，同時上襯套下端位置也是和磁流變液腔位置對應，故可以進一步使得磁流變液腔處的磁通量達到最大，這樣可以使用較少的線圈和減小的線圈電流產生較大的試驗所需磁通量，間接地降低了裝置實施成本。磁場發生裝置中，所述下連接板是直接固定在機架上，上連接板則通過升降機構的配合可以相對機架活動。所述剪切機構中，電機通過減速器連接並帶動剪切環轉動，提供剪切動力並可通過控制電機對剪應變率進行調整。其中所述剪切環是指測試時由該剪切環旋轉並提供剪切力，但實際剪切環是固定裝配在下磁極上的，所述固定環是指測試時該固定環在周向上固定不動，但實際該固定環只是被限位而並沒有被固定；剪切環和固定環採用弱磁性材料製得，優選採用黃銅，但也可以採用其他弱磁性材料。所述剪切機構中設置的電工純鐵製得的下圓環片和上圓環片也可以達到進一步增加磁流變液腔位置磁通量的作用，具體實施時可以採用壓床強行擠壓使其嵌接進去。設置的溢出槽形成的溢出腔，可以起到以下作用，一是減少固定環和剪切環之間的摩擦平面，使得固定環和剪切環之間的轉動摩擦剪切力儘量集中在磁流變液上，使得檢測結果準確；二是由於本測試設備中設置有電加熱裝置，測試溫度對磁流變液影響時，磁流變液受熱後可能產生膨脹，這樣膨脹溢出的磁流變液可以進入到溢出腔內，避免對實驗結果產生影響。第三是溢出腔對應的固定環上表面設置有連通溢出腔的通孔，這樣設置在固定環上表面的電加熱裝置的熱量更容易通過通孔傳遞到溢出腔內的磁流變液中，由於溢出腔與磁流變液腔連通設置，故兩處的磁流變液溫度基本一致，可以通過在通孔中設置的溫度探頭檢測到磁流變液的溫度，方便了溫度檢測同時使得溫度檢測結果更準確。同時由於在測試時剪切環產生旋轉，故磁流變液會受一定離心力作用，不會從溢出腔的通孔內跑出。磁流變液槽外壁高度高於內壁，可以加強對磁流變液的阻擋封閉效果，避免磁流變液在離心力作用下從磁流變液腔外側的縫隙中跑出。設置的滾珠槽和滾珠也可以進一步減小摩擦，使得剪切環和固定環之間的旋轉剪切摩擦主要集中在磁流變液處，提高檢測準確性。所述剪應力檢測機構中， 通過傳力筒進行剪切力的傳遞，傳力筒上端固定在上連接板上，下端通過鍵槽與固定環裝配圓臺的定位鍵滑動配合併傳遞力矩，傳力筒外壁內凹的臺階上設置剪應力傳感器對剪應力進行檢測。所述剪應力傳感器可以採用半橋貼片的方式或者採用現有技術中其他形式的剪應力傳感器，由於屬於現有技術內容，故不在此詳述。所述加溫及溫度檢測機構中，電加熱裝置具體可以採用環繞而成的電阻絲加熱的結構，其中電加熱裝置和溫度探頭均屬於現有成熟技術內容，本實用新型對於現有技術作出貢獻的地方在於將電加熱裝置和溫度探頭用於此位置，使得本測試設備能夠檢測出溫度對磁流變液性能的影響，而不在於電加熱裝置和溫度探頭自身的結構，故不在此詳述。所述升降機構的設置，可以對上磁極進行升降， 方便固定環的安裝和拆卸，方便磁流變液的更換，同時，由於固定環與上磁極內的傳力筒之間為鍵和鍵槽的滑動配合，所以測試時，還可以在一定高度(一定高度指鍵和鍵槽配合段的長度範圍內)上對上磁極位置進行調整，檢測磁流變液在不同磁場位置時的性能變化。升降機構工作時，旋轉手柄帶動螺旋杆向上運動，即可通過承託盤帶動第三連接板進而帶動上連接板和上磁極向上運動，當旋轉手柄帶動螺旋杆向下運動時，上連接板和上磁極可在自重作用下向下運動。定位立杆用於導向，保證上磁極和下磁極對準。本升降機構自身還具有結構簡單，操作省力，純機械式結構而價格便宜等優點。所述控制系統中，所述計算機控制中心是一個集成化的上位概念，計算機控制中心集成有控制測試所需的溫度控制功能、 數顯調節功能、電機變頻功能，磁場及磁場變化梯度控制功能、聯軸器轉速控制功能，等等， 這些均屬於電氣控制領域的公知常識性內容，不屬於本申請對現有技術作出貢獻的地方， 故不在此詳述。 綜上所述，本實用新型的剪切機構，解決了磁流變液受熱膨脹對檢測效果產生影響的問題，同時最大程度地使得固定環和剪切環之間的剪應力集中在磁流變液處，保證了檢測結果的準確，使得檢測效果更好。同時採用了本實用新型剪切機構的磁流變材料測試設備，由於增設了加溫及溫度檢測機構，故相比於現有的測試設備，可以測試出溫度對磁流變液性能的影響，由於影響磁流變液的三個因素(溫度、磁場強度和剪應變率)均可以進行控制，故能更加全面地檢測出的磁流變液的性能參數。
圖1為採用了本實用新型結構的一種磁流變材料測試設備的結構示意圖。圖2為圖1中單獨上磁極處的結構示意圖。圖3為圖1中單獨下磁極處的結構示意圖。圖4為圖1中單獨固定環和剪切環配合好後的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和一種採用了本實用新型結構的磁流變材料測試設備對本實用新型結構作進一步的詳細說明。—種採用了本實用新型結構的磁流變材料測試設備，其結構如圖1至圖4所示，包括機架1，所述機架1上設置有磁場發生裝置，所述磁場發生裝置包括上磁極和下磁極，所述上磁極包括豎向設置的電工純鐵製造的上襯套2和位於上襯套外部的電磁線圈繞組3，所述下磁極包括豎向設置的電工純鐵製造的下襯套4和位於下襯套外部的電磁線圈繞組5，所述下襯套4上端具有向外側延展的臺階；所述上襯套2和上襯套外部的電磁線圈繞組3固定於上連接板6上， 上連接板6連接於機架1，所述下襯套4和下襯套外部的電磁線圈繞組5固定在下連接板7 上，下連接板7固定於機架1 ；實施時，所述每個電磁線圈繞組包括採用一根漆包線依次相鄰並列地繞接得到的多層線圈，每層線圈之間採用絕緣紙隔開，電磁線圈繞組外部包裹有絕緣紙；本實用新型的剪切機構，所述剪切機構包括同軸心設置的轉軸8、弱磁性材料製得的剪切環9和固定環10 ；所述轉軸8靠軸承11豎向設置在下襯套4內部，轉軸8下方通過減速器12連接電機13 ；所述剪切環9安裝固定在轉軸8上端；所述固定環10上表面具有一個裝配圓臺14，裝配圓臺14側壁設置有定位鍵15 ；所述剪切環9上表面同軸心設置有一個環形的用於盛放磁流變液的磁流變液槽16，磁流變液槽16位置與下襯套2上端向外側延展出的臺階位置對應，磁流變液槽16底部嵌接有一個電工純鐵製得的下圓環片17，磁流變液槽16外壁高度高於內壁，磁流變液槽16內環之內同軸心設置有一個環形的溢出槽18，溢出槽內環之內同軸心設置有一個環形的滾珠槽，滾珠槽內安裝有滾珠19 ；所述固定環10下表面對應所述磁流變液槽16設置有一個環形的凸臺，該環形凸臺由一個電工純鐵材料的上圓環片20嵌接在固定環10上得到，上圓環片20位置和上襯套2下端位置對應；所述剪切環9和固定環10貼合後，能夠在磁流變液槽16內形成一個外端封閉的磁流變液腔，在溢出槽18內形成一個與磁流變液腔連通的溢出腔，同時能夠使剪切環9和固定環10通過滾珠19形成滾動摩擦配合(具體實施時剪切環和固定環其餘貼合面留0. 5mm左右的間隙);所述固定環10上表面設置有與溢出腔連通的通孔22 ；剪應力檢測機構，包括一個設置在上襯套2內部的傳力筒23，傳力筒23內壁下端設置有鍵槽對，所述固定環10上表面的裝配圓臺14可插接入傳力筒23內部並使得裝配圓臺14上的定位鍵15滑動地配合在傳力筒23內部的鍵槽M內，傳力筒23上端固定在上連接板6上，傳力筒23外壁上設置有一個內凹的臺階，該內凹的臺階上設置有剪應力傳感器 25 ；
7[0031]加溫及溫度檢測機構，包括位於固定環10上表面的電加熱裝置沈和設置於固定環10上表面通孔22內的溫度探頭27 ；升降機構，包括豎向固定設置於磁場發生裝置四周的數根定位立杆觀和一個固定連接於上連接板6上方的第三連接板34，所述上連接板6和第三連接板34可滑動地套接在所述定位立杆觀上；升降機構還包括一個豎向設置的螺旋杆四，螺旋杆四中部靠螺紋可轉動地配合在機架1上，螺旋杆四下端向下穿過第三連接板34並設置有一個承託盤 30，承託盤30與第三連接板34之間設置有一圈滾珠31並靠滾珠31實現對第三連接板34 的支承和滾動摩擦配合，螺旋杆四上端橫向設置有手柄32 ；所述的升降機構的定位立杆觀上端為尖端向上的錐體段，定位立杆觀下端為圓柱段；控制系統，所述控制系統包括計算機控制中心33和與計算機控制中心33連接的所述電機13、電磁線圈繞組、剪應力傳感器25、電加熱裝置沈和溫度探頭27。
權利要求1. 一種磁流變材料測試設備剪切機構，其特徵在於，所述剪切機構包括同軸心設置的轉軸、弱磁性材料製得的剪切環和固定環；所述轉軸靠軸承豎向設置在下襯套內部，轉軸下方通過減速器連接電機；所述剪切環安裝固定在轉軸上端；所述固定環上表面具有一個裝配圓臺，裝配圓臺側壁設置有定位鍵；所述剪切環上表面同軸心設置有一個環形的用於盛放磁流變液的磁流變液槽，磁流變液槽位置與下襯套上端向外側延展出的臺階位置對應， 磁流變液槽底部嵌接有一個電工純鐵製得的下圓環片，磁流變液槽外壁高度高於內壁，磁流變液槽內環之內同軸心設置有一個環形的溢出槽，溢出槽內環之內同軸心設置有一個環形的滾珠槽，滾珠槽內安裝有滾珠；所述固定環下表面對應所述磁流變液槽設置有一個環形的凸臺，該環形凸臺由一個電工純鐵材料的上圓環片嵌接在固定環上得到，上圓環片位置和上襯套下端位置對應；所述剪切環和固定環貼合後，能夠在磁流變液槽內形成一個外端封閉的磁流變液腔，在溢出槽內形成一個與磁流變液腔連通的溢出腔，同時能夠使剪切環和固定環通過滾珠形成滾動摩擦配合；所述固定環上表面設置有與溢出腔連通的通孔。
專利摘要本實用新型公開了一種磁流變材料測試設備剪切機構，包括同軸心設置的剪切環和固定環；所述剪切環上表面同軸心設置有一個環形的用於盛放磁流變液的磁流變液槽，磁流變液槽內環之內同軸心設置有一個環形的溢出槽，溢出槽內環之內同軸心設置有一個環形的滾珠槽，滾珠槽內安裝有滾珠；所述剪切環和固定環貼合後，能夠在磁流變液槽內形成一個外端封閉的磁流變液腔，在溢出槽內形成一個與磁流變液腔連通的溢出腔，同時能夠使剪切環和固定環通過滾珠形成滾動摩擦配合。本實用新型解決了磁流變液受熱膨脹對檢測效果產生影響的問題，同時最大程度地使得固定環和剪切環之間的剪應力集中在磁流變液處，保證了檢測結果的準確，使得檢測效果更好。
文檔編號G01R33/12GK201945536SQ201120028198
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月27日 優先權日2011年1月27日
發明者孫虎, 彭向和 申請人:重慶大學