- 磁流变液智能制动技术及其应用
- 王道明等
- 780字
- 2022-05-10 16:57:25
1.2.1 工作原理
如图1.11所示,旋转式磁流变液制动器主要有圆盘式、圆柱式和圆筒式三种结构形式。圆盘式结构简单、反应速度快,输出端转动惯量小,控制精度高,但磁流变液分布易受离心力影响,动力稳定性相对较差;圆柱式结构简单,磁流变液分布较为均匀,离心力作用小,性能稳定,但尺寸较大、响应慢;圆筒式在半径方向为双层间隙,传递扭矩较大,但结构复杂,安装加工不便。此外,为了提高圆盘式磁流变液制动器的输出力矩,减小制动器的整体尺寸,同时能够有效分散摩擦热量以减轻散热方面的压力,进而开发了如图1.11d所示的多盘式磁流变液制动器。
图1.11 旋转式磁流变液制动器主要结构形式
以单盘式磁流变液制动器为分析对象,其基本结构如图1.12所示,主要由剪切盘、外壳、转轴、隔磁环、励磁线圈、磁流变液和磁路通道等部分组成。磁流变液充满于由外壳、剪切盘和轴包围形成的间隙中,制动器工作区域的形状是由剪切盘的内、外径包围的圆环,圆环的两个剪切面均与转轴垂直。励磁线圈不通电时,只有磁流变液的黏滞阻尼产生较小的阻尼力矩,此时磁流变液制动器处于非工作状态;当励磁线圈通电后,磁流变液发生磁流变效应,磁性颗粒呈链状分布并垂直于剪切盘,以此产生较大的阻尼力矩[43]。
图1.12 单盘式磁流变液制动器结构原理图
图1.13为剪切盘局部示意图,在剪切作用区域半径r处,剪切应变率的表达式为
式中,ω为角速度;h为工作间隙宽度。
图1.13 剪切盘局部示意图
采用微元法分析得到磁场作用下剪切盘单面产生的制动力矩T0为
式中,R2、R1分别为剪切盘有效工作外半径和内半径。
则单盘式磁流变液制动器产生的总制动力矩Tall为
由式(1.10)可知,总制动力矩由两部分构成:第一部分TB是由随磁场强度变化的磁致剪切应力所提供,这部分可通过励磁线圈电流进行控制,是制动力矩的主要组成部分;第二部分Tη是磁流变液的黏滞力矩,是制动力矩中不可控制的部分,其实际大小受制动器结构尺寸和磁流变液材料参数影响。