減少磁流變液作動器零場阻尼矩的方法及其作動器與流程
2024-02-12 21:46:15
本發明涉及一種雙向阻尼調節裝置，特別是一種減少磁流變液作動器零場阻尼矩的方法及基於超聲近場作用的磁流變作動器。
背景技術：
磁流變液是一種新型智能材料，由於在磁場中具有優良的磁流變效應，響應速度快，在速度控制領域有著成熟的應用，能夠實現無極調速，控制性能好，並且磁流變液可以在流體和固體之間可逆高效變化，響應速度毫米級。對於高速自由旋轉的轉動軸雖然可以通過對磁流變液施加不同的磁場強度，實現轉動軸任意時刻任意角度的控制，但是高速自由旋轉的轉動軸無控時，由於磁流變液去除磁場後，磁流變液表現為牛頓流體狀態，並且有一定的零場粘度，對制動圓盤產生一定的零場阻尼矩，將會阻礙轉動軸的高速自由旋轉。如果磁流變作動器當中設計一個調節磁流變液零場阻尼的結構，就能夠實現轉動軸無控時高速自由的旋轉。
技術實現要素：
本發明的目的在於現有的磁流變液作動器在轉動軸無控時阻尼力較大無法正常工作的問題，發明一種減少磁流變液作動器零場阻尼矩的方法，同時提供一種相配的基於超聲近場作用的磁流變液作動器，通過超聲近場工作部分和磁流變工作部分相結合來實現轉動軸的自由高速旋轉和任意角度的控制，整個作動器響應速度快，易於控制，結構簡單緊湊，速度變化連續可調，拓展磁流變液的阻尼調節範圍
本發明的技術方案之一是：
一種減少磁流變液作動器零場阻尼矩的方法，其特徵是在圓盤定子13的一側加裝壓電陶瓷12，在高速自由旋轉的轉動軸無控時，使壓電陶瓷通電，激發圓盤定子產生一個和轉動軸同向旋轉的超聲行波，從而產生一個與轉動軸同向旋轉的驅動力矩，減小磁流變液零場情況下對制動圓盤的阻尼矩，實現轉動軸高速自由的旋轉。
本發明利用對勵磁線圈施加電流大小不同產生不同的磁場強度，磁流變液產生的剪切應力變化，對制動圓盤產生不同的制動力矩，實現對高速自由旋轉的轉動軸17在空間任意角度的控制。
本發明利用壓電陶瓷12激發圓盤定子13的超聲行波，產生磁流變液15對制動圓盤的超聲減摩作用和切向聲粘性力，對制動圓盤14施加一定減摩作用和驅動力矩，調節磁流變液零場情況下的15對制動圓盤的阻力矩。
本發明的整個作動器有超聲近場部分和磁流變工作部分組成，轉動軸可以通過對磁流變液施加不同的磁場強度實現任意角度的控制；高速自由旋轉的轉動軸無控時，激發圓盤定子和轉動軸同向旋轉的超聲行波，從而產生轉動軸同向旋轉的驅動力矩，減小磁流變液零場情況下對制動圓盤的阻尼矩，實現轉動軸高速自由的旋轉。
本發明的技術方案之二是：
一種基於超聲近場作用的磁流變作動器，它包括轉動軸18、左殼體4、右殼體9和骨架油封16，轉動軸18的一端穿過安裝在左殼體4中的骨架油封16後伸出左殼體4外，轉動軸16的另一端位於由左殼體4和右殼體9組成的密封腔中，密封腔中安裝在勵磁線圈10，勵磁線圈10通過隔磁套筒11與密封腔實現與密封腔中的磁流變液15的隔離，其特徵是所述的轉動軸18位於密封腔中的一端上安裝有制動圓盤14，在右殼體9位於密封腔中的一面上安裝有圓盤定子13，圓盤定子13上安裝有壓電陶瓷12。
所述的圓盤定子13和壓電陶瓷12首先粘貼在一起，圓盤定子13通過螺紋和右殼體9連接在一起。
所述的左殼體4的內孔臺階處安裝有左軸承3，並壓緊螺母1和墊片2限位固定在轉動軸18上；轉動軸18的軸肩和左殼體4內孔臺階處安裝有支承轉動軸的右軸承17。
所述的骨架油封通過轉動軸18的軸肩和左殼體4的臺階進行固定；制動圓盤14和轉動軸18通過螺紋連接，轉動軸18由右往左穿過骨架油封16、右軸承17和左軸承3，並通過壓緊螺母1壓緊墊片2實現轉動軸18的固定。
所述的勵磁線圈10和隔磁套筒11通過密封圈6安裝在左、右殼體內的固定位置，通過螺栓7和螺母8鎖緊整個作動器。
所述左殼體上設有注射磁流變液15的通孔，當磁流變液注滿腔體後，用密封螺釘5對通孔進行密封。
本發明的有益效果是：
本發明將超聲近場工作部分和磁流變工作部分相結合來實現轉動軸的自由高速旋轉和任意角度的控制，整個作動器響應速度快，易於控制，結構簡單緊湊，速度變化連續可調，擴展磁流變液的阻尼調節範圍。
附圖說明
圖1為本發明的工作原理示意圖。
圖2為本發明的作動器的整體結構示意圖。
圖3為本發明的作動器的整體結構三維圖。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。
實施例一。
如圖1-3所示。
一種減少磁流變液作動器零場阻尼矩的方法，其特徵是在圓盤定子13的一側加裝壓電陶瓷12，在高速自由旋轉的轉動軸無控時，使壓電陶瓷通電，激發圓盤定子產生一個和轉動軸同向旋轉的超聲行波，從而產生一個與轉動軸同向旋轉的驅動力矩，減小磁流變液零場情況下對制動圓盤的阻尼矩，實現轉動軸高速自由的旋轉。如圖2所示，本發明利用對勵磁線圈施加電流大小不同產生不同的磁場強度，磁流變液產生的剪切應力變化，對制動圓盤產生不同的制動力矩，實現對高速自由旋轉的轉動軸17在空間任意角度的控制。本發明利用壓電陶瓷12激發圓盤定子13的超聲行波，產生磁流變液15對制動圓盤的超聲減摩作用和切向聲粘性力，對制動圓盤14施加一定減摩作用和驅動力矩，調節磁流變液零場情況下的15對制動圓盤的阻力矩。本發明的整個作動器有超聲近場部分和磁流變工作部分組成，轉動軸可以通過對磁流變液施加不同的磁場強度實現任意角度的控制；高速自由旋轉的轉動軸無控時，激發圓盤定子和轉動軸同向旋轉的超聲行波，從而產生轉動軸同向旋轉的驅動力矩，減小磁流變液零場情況下對制動圓盤的阻尼矩，實現轉動軸高速自由的旋轉，如圖1所示。
實施例二。
如圖1-3所示。
一種基於超聲近場作用的磁流變液作動器，其三維外形結構如圖3所示，它包括壓緊螺母1、墊片2、左軸承3、左殼體4、密封螺釘5、密封圈6、螺栓7、螺母8、右殼體9、勵磁線圈10、隔磁套筒11、壓電陶瓷12、圓盤定子13、制動圓盤14、磁流變液15、骨架油封16、右軸承17、轉動軸18，如圖2所示，圓盤定子13和壓電陶瓷12首先粘貼在一起，圓盤定子13通過螺紋和右殼體9連接在一起，通過對壓電陶瓷施加一定的電壓，激發圓盤定子的超聲行波，通過產生磁流變液對制動圓盤14的超聲減摩效果和切向聲粘性力，對制動圓盤產生一定的減摩作用和驅動力矩，調節磁流變液零場情況下對制動圓盤的阻力矩；左軸承3通過左殼體4的內孔臺階和壓緊螺母1壓在墊片2上進行限位固定，右軸承17通過轉動軸18的軸肩和左殼體4內孔臺階進行限位固定，通過安裝兩個軸承可以實現轉動軸18高速平穩運行；骨架油封通過轉動軸18的軸肩和左殼體4的臺階進行固定，使用骨架油封16能夠有效實現對磁流變液15固態和液態的密封，並且骨架油封適用於旋轉類轉動軸的密封；制動圓盤14和轉動軸18通過螺紋連接，轉動軸18由右往左穿過骨架油封16、右軸承18和左軸承3，並通過壓緊螺母1壓緊墊片2實現轉動軸18的軸向固定，同時實現制動圓盤14的軸向固定；將勵磁線圈10、隔磁套筒11和密封圈6安裝在殼體內的相應位置，通過螺栓7和螺母8鎖緊整個作動器，通過隔磁套筒能夠將勵磁線圈產生的磁力線儘可能多的穿過磁流變液，提高磁流變液15的利用效率，另外使用密封圈6一方面實現磁流變液的密封，另一方面實現勵磁線圈和磁流變液的絕緣；通過注射孔注入磁流變液15，注滿殼體內的工作間隙後，用密封螺釘5進行密封。
本發明的工作原理是：如圖1所示，首先高速自由旋轉的轉動軸無控時，超聲近場部分開始作用，對壓電陶瓷施加特定頻率的電壓，激發圓盤定子的超聲振動，通過壓電陶瓷的合理布置，激勵出與轉動軸同向旋轉的圓盤定子的超聲行波，使得磁流變液對制動圓盤產生一定的超聲懸浮力和切向聲粘性力，一方面超聲懸浮力使得磁流變液中的磁性顆粒更加均勻的分布在磁流變液的基液當中，提高磁流變液的利用效率；另一方面對轉動軸產生一定同向運動的驅動力矩，可以減少磁流變液對轉動軸的零場阻尼力矩，並且實現轉動軸的高速自由旋轉。當需要對高速旋轉的轉動軸實現任意角度的控制時，去除壓電陶瓷的施加電壓，超聲近場部分停止工作，由於超聲近場的作用，使得磁流變液中的磁性顆粒更加均勻的分布在磁流變液的基液當中，此時對勵磁線圈施加一定的電流，勵磁線圈產生的磁力線穿過磁流變液，磁流變液中的磁性顆粒被磁化後作出快速響應，並且沿著磁力線方向呈鏈狀分布，並隨磁場強度的增加，磁流變液呈現固態和半固態狀態，對制動圓盤產生一定的制動力矩，從而實現對轉動軸任意角度的控制；當去除勵磁線圈的電流後，磁流變液恢復牛頓流體狀態，對壓電陶瓷施加特定頻率的電壓，超聲近場作用，轉動軸恢復高速自由旋轉。整個過程實現對高速自由旋轉軸的精確控制。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護範圍。
本發明未涉及部分與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。