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基于磁流变原理的旋转件加载装置研究

徐彪  
【摘要】:磁流变液(Magnetorheological Fluids,简称MRF)是一种智能材料,其流变特性可以在外加磁场作用下发生巨大变化,且这种变化连续、可逆、可控。在无外加磁场作用时,其表现出流动性好、粘度低的牛顿流体特性;当有外加磁场作用时,其表观粘度在毫秒级时间内变化出流动性低、粘度高的Bingham流体特性。基于这一特性开发的磁流变液加载装置结构简单、加载平稳、体积小、能耗低、响应快,在工程应用领域具有广泛的前景。本文设计的磁流变液加载装置是通过改变磁流变液的剪切屈服强度实现加载力矩的改变,剪切屈服强度的大小可由外加磁场的变化来控制。本文在分析了国内外对磁流变液材料及其应用研究现状的基础上,结合机械设计方法对圆盘剪切式磁流变液加载装置进行了分析,建立了盘式加载装置的加载力矩方程,阐述了盘式加载装置的设计过程和实验方法,对磁流变效应的可逆性进行了验证,为扩展磁流变材料工程应用领域提供了依据。本文的主要研究工作如下:1)回顾了磁流变液在工程领域中的应用,对磁流变液技术目前存在的一些问题进行简单阐述,介绍磁流变液的组成成分及各成分的作用,研究磁流变液的分类、磁流变效应、流变特征、流变机理,分析磁流变效应的影响因素。2)对磁流变液加载装置进行理论分析,研究磁流变液加载装置的特点及工作模式并对每一工作模式进行详细介绍,研究磁流变液加载装置的工作形式并对每一工作形式进行介绍,对加载执行机构的磁路进行设计,对圆盘剪切式磁流变液加载装置进行分析,基于Bingham模型研究圆盘式加载装置的工作原理、建立圆盘式加载装置加载力矩的计算公式,分析加载力矩的影响因素以及与各影响因素之间的关系,为加载装置的设计提供理论依据。3)对磁流变液加载执行机构进行结构设计,介绍磁流变液加载装置的设计准则,对加载执行机构的密封装置、轴承、键、螺栓以及转轴等主要装置或部件进行设计和计算。4)对磁流变液加载系统实验台架的搭建进行介绍,介绍加载系统中冷却系统、电力控制系统的设计和作用,对磁流变液加载装置执行系统进行详细介绍,包括加载装置执行机构主要部件的材料、形状和三维图等。5)为验证磁流变液加载装置的可逆性设计实验方案、实验布置,分别介绍每一实验工况的实验内容以及实验目的,对磁流变液加载装置进行现场实验,对照实验目的对实验数据进行整理分析,得出加载装置可逆的实验结论。6)对本文的工作进行总结。


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