一種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器的製作方法

2023-12-12 11:24:57 2

專利名稱：一種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器。
背景技術：
磁流變液以其響應快(毫秒級)、能耗低、易於控制、耐用性好、工作溫度範圍寬、使用壽命長等優勢而被廣泛用於航空航天/機械加工/精密工程/建築/醫療等領域。磁流變離合器是通過對外加磁場強度的控制實現離合器結合、分離功能，甚至可以實現扭矩傳遞的無級變化控制。它克服了傳統離合器易磨損，噪音大等缺點，以其結構簡單、無機械磨損、低噪音、響應迅速(10毫秒內)、能耗不高、可實現無級調速以及更利幹與計算機技術結合實現智能化控制等優點引起了國內外學者和エ業界的廣泛研究，近年來取得了顯著進展。但磁流變液剪切屈服應力不足問題從磁流變技術誕辰時起就一直困擾著磁 流變液材料和技術的發展，依據現有的磁流變液剪切屈服應カ設計的磁流變離合器，因其傳遞轉矩較小而體積龐大，無法滿足エ業需求。在以美國為首的磁流變液應用早、研究深入的國家，已有眾多學者就提高磁流變離合器的傳遞轉矩問題進行了針對性的研究。Gary等人研製了一種被動式磁流變離合器，採用熱敏材料受熱膨脹產生應カ使控制系統推動法蘭盤軸向移動，減少磁流變液存在空間，提高其屈服強度，從而提高磁流變離合器傳遞的轉矩。Lampe等人研製了圓盤式磁流變離合器，實驗測得最大傳遞轉矩為ΙΟΝ ·πι。Lee從理論上分析了磁流變離合器的轉矩傳遞特性並進行實驗驗證，其理論結果與實驗結果極為吻合，因而其分析方法可用於磁流變離合器的精確設計。Kavlicoglu等人研製了ー種雙盤磁流變離合器,可以實現以小的結構半徑尺寸傳遞較大轉矩。Vijay等人將吸滿磁流變液的海綿狀材料置於磁極之間設計了ー種磁流變海綿離合器，改善了由離心カ引起的密封問題。隨後，Kavlieoglu等人又設計了一種多盤式磁流變離合器，通過增大磁流變液的工作面積來提高離合器的傳遞轉矩。日本學者Kikuchi等人研製了ー種微型磁流變離合器，並將其應用於大腦性麻痺病人人造膝關節的傳動，在總體重量為237克時其傳遞轉矩可達6Ν ·πι。韓國學者Kim研製了ー種鼓式磁流變風扇離合器，通過改變圓盤形狀和加大磁場的方法來提高磁流變離合器的傳遞轉矩，並將其用在自動工程冷卻系統中。近十年來，國內也相繼開展了磁流變液離合器的研究工作。中國科技大學的徐國梁等人研製了ー種徑向自加壓磁流變離合器，在不需要其它輔助裝置的情況下能實現兩軸的離合，實驗轉矩可達到7Ν · m ;張先舟等人申報了離心式磁流變液離合器的實用新型專利，通過離心力的加壓作用提高其工作轉矩。浙江エ業大學的蔣建東設計了ー種圓筒式磁流變離合器，利用増大磁流變液的作用面積提高其傳遞轉矩。重慶エ學院的黃金等人和南京林業大學的徐曉美等人建立了圓筒式磁流變離合器轉矩傳遞模型。上述國內外研究中的磁流變離合器可以分為筒式和盤式兩種結構，其轉矩的傳遞都是依靠磁流變液的剪切模式進行工作的。因磁流變液的抗剪切能力較低(僅為50kPa_100kPa)，據此設計的磁流變離合器無法用於傳遞轉矩較大及使用空間受限的場合，如汽車/運輸機械/工具機/冶金採礦等設備的機械傳動系統和各種機械的精密性張カ控制系統。因此，轉矩高、體積小、結構緊湊、控制效果好的磁流變離合器依然是很多領域所急需的。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，能夠有效解決現有磁流變液離合器只能採用剪切模式工作，傳輸轉矩低的問題。為了解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，包括殼體，所述殼體內設有工作腔，所述殼體上還設有伸入工作腔的輸入軸、輸出軸，所述工作腔內輸入軸的前端固定有鐵芯輸入盤，所述工作腔內輸出軸的前端設有沿軸向滑動的銜鐵輸出盤，所述鐵芯輸入盤與銜鐵輸出盤之間形成容腔，所述容腔內充入磁流變液，所述容腔的外周設有將磁流變液密封在容腔內的密封環，所述工作腔內還設有驅動銜鐵輸出盤向鐵芯輸入盤軸向移動的線圈，所述鐵芯輸入盤和銜鐵輸出盤之間還設有調節容腔體積大小的調節裝置。
·[0009]優選的，所述調節裝置包括設置在輸出軸或者輸入軸上與容腔相通的調節腔，所·述調節腔內設有擋片，所述擋片與調節腔底部之間設有壓簧；通過調節腔容納在離合器エ作時因容腔體積變小而多出來的磁流變液，同時在離合器切換到非工作狀態時，能將這部分磁流變液推回容腔內。優選的，所述銜鐵輸出盤與工作腔側壁之間設有使銜鐵輸出盤復位的拉簧；在離合器從工作狀態切換到非工作狀態時，能使銜鐵輸出盤較好的回位。優選的，所述線圈設置在鐵芯輸入盤後方的工作腔內；利用線圈通電產生磁場，更好的對銜鐵輸出盤產生拉的作用力。優選的，所述銜鐵輸出盤中心設有花鍵孔I，所述工作腔內輸出軸的前端設有與花鍵孔I相適配的鍵槽；保證銜鐵輸出盤在工作與非工作切換時穩定的工作。優選的，所述銜鐵輸出盤與鐵芯輸入盤相對的面上開有至少兩圈同心的梯形齒I，所述梯形齒I與銜鐵輸出盤同心，所述梯形齒I上開有供磁流變液流動的溢流槽，所述鐵芯輸入盤與銜鐵輸出盤相對的面上開有與梯形齒I相適配的梯形齒II，所述梯形齒II上也開有供磁流變液流動的溢流槽；使得容腔內產生多個錐形的空間，對工作時的磁流變液產生錐形擠壓，由於錐形擠壓磁流變離合器是對固相磁流變液進行擠壓，它克服了現有的片式磁流變液離合器中磁流變液顆粒因離心力作用甩向圓盤的外徑邊緣處，致使磁流變離合器易洩漏弊端，可實現頻繁連續的離合動作。ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，包括殼體，所述殼體內設有工作腔，所述殼體上還設有伸入工作腔的輸入軸、輸出軸，所述工作腔內輸出軸的前端固定有鐵芯輸出盤，所述工作腔內輸入軸的前端設有沿軸向滑動的銜鐵輸入盤，所述鐵芯輸出盤與銜鐵輸入盤之間形成容腔，所述容腔內充入磁流變液，所述容腔的外周設有將磁流變液密封在容腔內的密封環，所述工作腔內還設有驅動銜鐵輸入盤向鐵芯輸出盤軸向移動的線圈，所述鐵芯輸出盤與銜鐵輸入盤之間還設有調節容腔體積大小的調節裝置。優選的，所述調節裝置包括設置在輸出軸或者輸入軸上與容腔相通的調節腔，所述調節腔內設有擋片，所述擋片與調節腔底部之間設有壓簧；通過調節腔容納在離合器エ作時因容腔體積變小而多出來的磁流變液，同時在離合器切換到非工作狀態時，能將這部分磁流變液推回容腔內。優選的，所述銜鐵輸入盤與工作腔側壁之間設有使銜鐵輸入盤復位的拉簧；在離合器從工作狀態切換到非工作狀態時，能使銜鐵輸出盤較好的回位。優選的，所述銜鐵輸入盤中心設有花鍵孔II，所述工作腔內輸入軸的前端設有與花鍵孔II相適配的鍵槽，所述銜鐵輸入盤與鐵芯輸出盤相對的面上開有至少兩圈同心的梯形齒III，所述梯形齒III與銜鐵輸入盤同心，所述梯形齒III上開有供磁流變液流動的溢流槽，所述鐵芯輸出盤與銜鐵輸入盤相對的面上開有與梯形齒III相適配的梯形齒IV，所述梯形齒IV上也開有供磁流變液流動的溢流槽；使得容腔內產生多個錐形的空間，對エ作時的磁流變液產生錐形擠壓，由於錐形擠壓磁流變離合器是對固相磁流變液進行擠壓，它克服了現有的片式磁流變液離合器中磁流變液顆粒 因離心力作用甩向圓盤的外徑邊緣處，致使磁流變離合器易洩漏弊端，可實現頻繁連續的離合動作。與現有技術相比，本實用新型的優點是在離合器工作狀態時，利用線圈產生的磁場對銜鐵輸出盤的吸引，減小了容腔的體積，同時對磁流變液產生擠壓和剪切力，可以傳遞更大的轉矩，且體積小，性能可靠，結構緊湊，效果良好。

圖I為本實用新型一種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器非工作狀態時的結構示意圖；圖2為圖I中A處局部放大圖；圖3為本實用新型ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器工作狀態時的結構示意圖；圖4為本實用新型ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器中銜鐵輸出盤的軸測圖；圖5為本實用新型ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器另ー種結構的示意圖；圖6為圖5中B處局部放大圖；圖7為本實用新型一種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器另ー種結構中銜鐵輸入盤的軸測圖。
具體實施方式
參閱圖I、圖2、圖3為本實用新型一種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器的實施例，ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，包括殼體1，所述殼體I內設有工作腔2，所述殼體I上還設有伸入工作腔2的輸入軸3、輸出軸4，所述工作腔2內輸入軸3的前端固定有鐵芯輸入盤5，所述工作腔2內輸出軸4的前端設有沿軸向滑動的銜鐵輸出盤6，所述鐵芯輸入盤5與銜鐵輸出盤6之間形成容腔，所述容腔內充入磁流變液7，所述容腔的外周設有將磁流變液7密封在容腔內的密封環8，所述工作腔2內還設有驅動銜鐵輸出盤6向鐵芯輸入盤軸向移動的線圈9，所述鐵芯輸入盤5和銜鐵輸出盤6之間還設有調節容腔體積大小的調節裝置，所述調節裝置包括設置在輸出軸4或者輸入軸3上與容腔相通的調節腔10，所述調節腔10內設有擋片11，所述擋片11與調節腔10底部之間設有壓簧12，所述銜鐵輸出盤6與工作腔2側壁之間設有使銜鐵輸出盤6復位的拉簧13，所述線圈9設置在鐵芯輸入盤5後方的工作腔2內，如圖4所示，所述銜鐵輸出盤6中心設有花鍵孔114，所述工作腔2內輸出軸4的前端設有與花鍵孔114相適配的鍵槽，所述銜鐵輸出盤6與鐵芯輸入盤5相對的面上開有至少兩圈同心的梯形齒115，所述梯形齒115與銜鐵輸出盤6同心，所述梯形齒115上開有供磁流變液7流動的溢流槽16，所述鐵芯輸入盤5與銜鐵輸出盤6相対的面上開有與梯形齒115相適配的梯形齒1 117，所述梯形齒1117上也開有供磁流變液7流動的溢流槽16。離合器處於非工作狀態時，輸入軸3帶動鐵芯輸入盤5轉動,此時線圈9未通電，所以磁流變液7處於液體狀態，銜鐵輸出盤6和輸出軸4不轉動；離合器處於工作狀態時，給線圈9通電，磁流變液7收線圈9產生的磁場轉變為固態，同時銜鐵輸出盤6收磁場作用向鐵芯輸入盤5靠近，這樣就縮小了容腔的體積，此時對磁流變液7不僅有剪切還有擠壓力，使得磁流變液7傳遞的扭矩大大提高，由於容腔體積變小，多餘的磁流變液7將進入調節腔10並且推動擋片11壓縮壓簧12 ;在離合器從工作狀態切換到非工作狀態時，線圈9失電，磁流變液7變回液體形態，同時銜鐵輸出盤6由於拉簧13的作用恢復到最初的狀態,調節腔10內的壓簧12也將擋片11向外頂，把磁流變液7推回到容腔內。參閱圖5、圖6，一種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，包括殼體1，所述殼體I內設有工作腔2，所述殼體I上還設有伸入工作腔2的輸入軸3、輸出軸4，所述工作腔2內輸出軸4的前端固定有鐵芯輸出盤18，所述工作腔2內輸入軸3的前端設有沿軸向滑動的銜鐵輸入盤19，所述鐵芯輸出盤18與銜鐵輸入盤19之間形成容腔，所述容腔內充入磁流變液，所述容腔的外周設有將磁流變液7密封在容腔內的密封環8，所述工作腔2內還設有驅動銜鐵輸入盤19向鐵芯輸出盤18軸向移動的線圈9，所述鐵芯輸出盤18與銜鐵輸入盤19之間還設有調節容腔體積大小的調節裝置，所述調節裝置包括設置在輸出軸4或者輸入軸3上與容腔相通的調節腔10，所述調節腔10內設有擋片11，所述擋片11與調節腔10底部之間設有壓簧12，所述銜鐵輸入盤19與工作腔2側壁之間設有使銜鐵輸入盤19復位的拉簧13，參閱圖7，所述銜鐵輸入盤19中心設有花鍵孔1120，所述工作腔2內輸入軸3的前端設有與花鍵孔II 20相適配的鍵槽，所述銜鐵輸入盤19與鐵芯輸出盤18相対的面上開有至少兩圈同心的梯形齒ΠΙ21，所述梯形齒III21與銜鐵輸入盤19同心，所述梯形齒III21上開有供磁流變液7流動的溢流槽16，所述鐵芯輸出盤18與銜鐵輸入盤19相対的面上開有與梯形齒III21相適配的梯形齒IV22，所述梯形齒IV22上也開有供磁流變液7流動的溢流槽16，所述線圈9設置在鐵芯輸出盤18後方的工作腔2內。離合器處於非工作狀態時，輸入軸3帶動銜鐵輸入盤19轉動,此時線圈9未通電，所以磁流變液7處於液體狀態,鐵芯輸出盤18和輸出軸4不轉動；離合器處於工作狀態時，給線圈9通電，磁流變液7收線圈9產生的磁場轉變為固態，同時銜鐵輸入盤19收磁場作用向鐵芯輸出盤18靠近，這樣就縮小了容腔的體積，此時對磁流變液7不僅有剪切還有擠壓力，使得磁流變液7傳遞的扭矩大大提高，由於容腔體積變小，多餘的磁流變液7將進入調節腔10並且推動擋片11壓縮壓簧12 ;在離合器從工作狀態切換到非工作狀態時，線圈9失電，磁流變液7變回液體形態，同時銜鐵輸入盤19由於拉簧13的作用恢復到最初的狀態，調節腔10內的壓簧12也將擋片11向外頂，把磁流變液7推回到容腔內。擠壓模式與剪切模式都是磁流變器件不同的工作模式，單純的依靠剪切模式很難提高磁流變液的剪切屈服應カ。研究發現，磁場作用下磁流變液中磁性顆粒可形成通鏈、支鏈、孤立鏈、束鏈或柱等微結構，但其弱點在於鏈的末端最容易斷裂。擠壓可使磁流變液鏈的末端與極板的作用力大大增強，形成穩健的粗柱狀結構，從而提高其屈服應カ。當磁流變液被擠壓後顆粒之間距離較小時，必須考慮到摩擦效應。在3. 8MPa的擠壓應力和500mT的磁感應強度下，磁流變液的剪切屈服應カ可達到1510kPa，比單純剪切模式時提高30倍，即磁流變液擠壓強化技木。本實用新型的離合器在工作時對磁流變液同時進行擠壓和剪切，由離合器主動件和從動件之間構成錐形空間，在磁場作用下實現離合器接合時，利用離合器旋轉的主動軸與加壓機構共同作用對主動件和從動件錐形空間中的固相磁流變液進行擠壓-剪切，離合器的主動件和從動件被錐狀的固相磁流變液擠緊而接合，由此提高磁流變液的強度。與現有的磁流變液離合器相比，由於錐形擠壓磁流變離合器不單純的是在剪切模式下工作，不完全依賴於磁流變液剪切屈服應力，可以傳遞更大轉矩，且體積小；由於錐形擠壓磁流變離合器是對固相磁流變液進行擠壓，它克服了現有的片式磁流變液離合器中磁流變液顆粒因離心力作用甩向圓盤(片)的外徑邊緣處，致使磁流變離合器易洩漏弊端，可實現頻繁連續的離合動作。因此，錐形擠壓-剪切磁流變離合器更適於重載車輛、智能結構及行走機械等需要經常啟動、制動或經常改變速度大小和方向的機械微小系統，而且還可以使汽車制動防抱死裝置(ABS)和牽引力控制系統(TCS)結構簡化，控制也更加方便、快捷。錐形擠壓-剪切磁流變離合器是通過改變離合器自身結構，使磁流變液在擠壓-剪切模式下工作以提高其傳動性能。以上所述僅為本實用新型的具體實施例，但本實用新型的技術特徵並不局限於 此，任何本領域的技術人員在本實用新型的領域內，所作的變化或修飾皆涵蓋在本實用新型的專利範圍之中。
權利要求1.一種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，包括殼體(I)，所述殼體(I)內設有工作腔(2)，所述殼體(I)上還設有伸入工作腔(2)的輸入軸(3)、輸出軸(4)，其特徵在於所述エ作腔(2)內輸入軸(3)的前端固定有鐵芯輸入盤(5)，所述工作腔(2)內輸出軸(4)的前端設有沿軸向滑動的銜鐵輸出盤出)，所述鐵芯輸入盤(5)與銜鐵輸出盤(6)之間形成容腔，所述容腔內充入磁流變液(7)，所述容腔的外周設有將磁流變液(7)密封在容腔內的密封環(8)，所述工作腔(2)內還設有驅動銜鐵輸出盤(6)向鐵芯輸入盤軸向移動的線圈(9)，所述鐵芯輸入盤(5)和銜鐵輸出盤(6)之間還設有調節容腔體積大小的調節裝置。
2.如權利要求I所述的ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，其特徵在於所述調節裝置包括設置在輸出軸(4)或者輸入軸(3)上與容腔相通的調節腔(10)，所述調節腔(10)內設有擋片(11)，所述擋片(11)與調節腔(10)底部之間設有壓簧(12)。
3.如權利要求I所述的ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，其特徵在於所述銜鐵輸出盤(6)與工作腔(2)側壁之間設有使銜鐵輸出盤(6)復位的拉簧(13)。
4.如權利要求I所述的ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，其特徵在於所述線圈(9)設置在鐵芯輸入盤(5)後方的工作腔(2)內。
5.如權利要求I所述的ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，其特徵在於所述銜鐵輸出盤出)中心設有花鍵孔I (14)，所述工作腔(2)內輸出軸(4)的前端設有與花鍵孔1(14)相適配的鍵槽。
6.如權利要求I至5中任一項所述的ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，其特徵在於所述銜鐵輸出盤(6)與鐵芯輸入盤(5)相対的面上開有至少兩圈同心的梯形齒I (15)，所述梯形齒I (15)與銜鐵輸出盤(6)同心，所述梯形齒1(15)上開有供磁流變液(7)流動的溢流槽(16)，所述鐵芯輸入盤(5)與銜鐵輸出盤(6)相対的面上開有與梯形齒I (15)相適配的梯形齒II (17)，所述梯形齒II (17)上也開有供磁流變液(7)流動的溢流槽(16)。
7.—種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，包括殼體(I)，所述殼體(I)內設有工作腔(2)，所述殼體(I)上還設有伸入工作腔(2)的輸入軸(3)、輸出軸(4)，其特徵在於所述エ作腔(2)內輸出軸(4)的前端固定有鐵芯輸出盤(18)，所述工作腔(2)內輸入軸(3)的前端設有沿軸向滑動的銜鐵輸入盤(19)，所述鐵芯輸出盤(18)與銜鐵輸入盤(19)之間形成容腔，所述容腔內充入磁流變液，所述容腔的外周設有將磁流變液(7)密封在容腔內的密封環(8)，所述工作腔(2)內還設有驅動銜鐵輸入盤(19)向鐵芯輸出盤(18)軸向移動的線圈(9)，所述鐵芯輸出盤(18)與銜鐵輸入盤(19)之間還設有調節容腔體積大小的調節裝置。
8.如權利要求7所述的ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，其特徵在於所述調節裝置包括設置在輸出軸(4)或者輸入軸(3)上與容腔相通的調節腔(10)，所述調節腔(10)內設有擋片(11)，所述擋片(11)與調節腔(10)底部之間設有壓簧(12)。
9.如權利要求7所述的ー種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，其特徵在於所述銜鐵輸入盤(19)與工作腔(2)側壁之間設有使銜鐵輸入盤(19)復位的拉簧(13)。
10.如權利要求7至9中任一項所述的一種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，其特徵在於所述銜鐵輸入盤(19)中心設有花鍵孔II (20)，所述工作腔⑵內輸入軸(3)的前端設有與花鍵孔II (20)相適配的鍵槽，所述銜鐵輸入盤(19)與鐵芯輸出盤(18)相対的面上開有至少兩圈同心的梯形齒III (21)，所述梯形齒III (21)與銜鐵輸入盤(19)同心，所述梯形齒III (21)上開有供磁流變液(7)流動的溢流槽(16)，所述鐵芯輸出盤(18)與銜鐵輸入盤(19)相対的面上開有與梯形齒111(21)相適配的梯形齒IV (22)，所述梯形齒IV (22)上 也開有供磁流變液(7)流動的溢流槽(16)。
專利摘要本實用新型公開了一種錐形擠壓-剪切式磁流變離合器，輸入軸的前端固定有鐵芯輸入盤，輸出軸的前端設有沿軸向滑動的銜鐵輸出盤，或者輸入軸前端設有沿軸向滑動的銜鐵輸入盤，輸出軸前端固定鐵芯輸出盤，鐵芯輸入盤與銜鐵輸出盤之間形成容腔，所述容腔內充入磁流變液，所述容腔的外周設有將磁流變液密封在容腔內的密封環，所述工作腔內還設有驅動銜鐵輸出盤向鐵芯輸入盤軸向移動的線圈，所述鐵芯輸入盤和銜鐵輸出盤之間還設有調節容腔體積大小的調節裝置。本實用新型的優點是在離合器工作狀態時，利用線圈產生的磁場對銜鐵輸出盤的吸引，減小了容腔的體積，同時對磁流變液產生擠壓和剪切力，可以傳遞更大的轉矩，且體積小，性能可靠，結構緊湊，效果良好。
文檔編號F16D37/02GK202451657SQ201120573598
公開日2012年9月26日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者劉衛東, 張忠華, 畢成, 王鴻雲, 程光明, 闞君武 申請人:浙江師範大學