磁流變傳動(dòng)理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、磁流變液(Magnetorheological Fluids,MRF)是一種新型智能材料。憑借優(yōu)良的可控流變性能，磁流變液已經(jīng)成為智能材料發(fā)展的一個(gè)重要分支，是當(dāng)今世界智能材料與器件研究的熱點(diǎn)之一，近年來受到國內(nèi)外科學(xué)界的高度重視，紛紛投入大量人力物力用于磁流變液材料及器件的研究開發(fā)。由于磁流變技術(shù)獨(dú)特的機(jī)-電耦合性能，使得它在傳動(dòng)工程領(lǐng)域的啟動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)、無級(jí)變速、過載保護(hù)等方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，因此在傳動(dòng)工程領(lǐng)域進(jìn)行磁流變技

2、術(shù)的研究和相關(guān)器件的開發(fā)具有廣泛而深入的意義。本文結(jié)合磁流變材料及其器件的研究現(xiàn)狀，對(duì)磁流變傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，分析了磁流變傳動(dòng)的設(shè)計(jì)理論及磁流變傳動(dòng)裝置(Magnetorheological Transmission Device,MRTD)設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)，完成磁流變傳動(dòng)裝置的各項(xiàng)性能分析，設(shè)計(jì)和研制了磁流變傳動(dòng)裝置樣機(jī)并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)測試，以期實(shí)現(xiàn)磁流變傳動(dòng)技術(shù)的實(shí)用化，推動(dòng)磁流變液在傳動(dòng)工程領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。具體的研究內(nèi)容

3、如下：
　?、偻ㄟ^回顧磁流變材料和磁流變器件的研究現(xiàn)狀，指出了目前磁流變技術(shù)中存在的主要問題，闡述了開展磁流變傳動(dòng)技術(shù)研究的必要性與重要性，介紹了本文將要開展的主要內(nèi)容。
　?、诖帕髯冃?yīng)與磁流變液性能研究?；阪溁Ｐ徒忉屃舜帕髯冃?yīng)機(jī)理，介紹了磁流變液的組成及制備方法，利用磁流變效應(yīng)的機(jī)理來解釋和分析了磁流變液各項(xiàng)性能及其影響因素。
　　③磁流變傳動(dòng)理論及磁流變傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)。系統(tǒng)地研究闡述了磁流變傳動(dòng)理論，討論了磁

4、流變傳動(dòng)的定義、原理、特點(diǎn)、失效形式及對(duì)磁流變材料的要求；系統(tǒng)地研究分析了磁流變傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)理論，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和磁學(xué)設(shè)計(jì)理論：闡述了磁流變傳動(dòng)裝置的基本結(jié)構(gòu)型式，分析了磁流變傳動(dòng)裝置的工作原理，基于 Bingham流體模型建立了傳動(dòng)裝置傳遞轉(zhuǎn)矩的計(jì)算模型，提出了磁流變傳動(dòng)裝置磁學(xué)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對(duì)磁流變傳動(dòng)裝置的磁路進(jìn)行了分析與計(jì)算；在磁流變傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合原始設(shè)計(jì)參數(shù)，完成了磁流變傳動(dòng)裝置的實(shí)例設(shè)計(jì)，確定了裝置主要的結(jié)構(gòu)

5、參數(shù)和磁學(xué)參數(shù)，并對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了討論。
　　④磁流變傳動(dòng)裝置性能的理論分析。研究了磁流變傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)性能特點(diǎn)，并對(duì)各項(xiàng)傳動(dòng)性能的影響因素進(jìn)行了討論；采用有限元方法對(duì)傳動(dòng)裝置的磁路進(jìn)行了仿真，得到了磁路中磁場的詳細(xì)分布；基于Bingham流體模型及Navier-Stokes方程，建立了磁流變液在傳動(dòng)裝置中流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，分析了在穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)情況下磁流變傳動(dòng)裝置的流體動(dòng)力學(xué)特性，包括傳動(dòng)裝置中磁流變液的流場分布、流場中臨界屈服面

6、的形成和變化及傳動(dòng)裝置傳遞轉(zhuǎn)矩的變化；討論了磁流變傳動(dòng)裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，分析了傳動(dòng)裝置的電磁回路響應(yīng)時(shí)間和流變響應(yīng)時(shí)間以及各自的影響因素；在傳熱學(xué)基礎(chǔ)上對(duì)磁流變傳動(dòng)裝置進(jìn)行了熱分析，討論了磁流變傳動(dòng)裝置的發(fā)熱狀況及裝置中的熱傳遞，并通過有限元仿真模擬了傳動(dòng)裝置的溫度場，得到了裝置的整體溫度分布，為傳動(dòng)裝置的散熱研究奠定了基礎(chǔ)。
　　⑤磁流變傳動(dòng)裝置采用新型熱管散熱的研究。闡述了發(fā)熱對(duì)磁流變傳動(dòng)裝置的危害和現(xiàn)今常用的散熱方式及其局

7、限；介紹了熱管散熱的優(yōu)點(diǎn)，提出了采用熱管對(duì)磁流變傳動(dòng)裝置進(jìn)行散熱的新方案；根據(jù)磁流變傳動(dòng)裝置的整體結(jié)構(gòu)及主要發(fā)熱區(qū)域的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種適用于該傳動(dòng)裝置散熱的新型熱管形式——整體針翅回轉(zhuǎn)熱管(Integral pin-fin revolving heat pipe,PRHP)，對(duì)該回轉(zhuǎn)熱管的工作原理、材料選擇、軸向壓強(qiáng)和溫度分布、管內(nèi)液膜分布、充液量、傳熱熱阻、傳熱功率及傳熱極限進(jìn)行了詳細(xì)討論與分析；加工了整體針翅回轉(zhuǎn)熱管實(shí)物，并通過熱管

8、的單管試驗(yàn)測試了該回轉(zhuǎn)熱管的性能特點(diǎn)，討論了影響該回轉(zhuǎn)熱管散熱性能的影響因素，驗(yàn)證了該回轉(zhuǎn)熱管工作的有效性；該回轉(zhuǎn)熱管還可廣泛應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的散熱。
　?、薮帕髯儌鲃?dòng)裝置試驗(yàn)研究。在理論分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并研制了磁流變傳動(dòng)裝置樣機(jī)，對(duì)磁流變傳動(dòng)裝置的空轉(zhuǎn)力矩、靜特性、調(diào)節(jié)特性、恒轉(zhuǎn)矩特性、傳動(dòng)效率、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等傳動(dòng)性能進(jìn)行了測試，同時(shí)對(duì)有、無整體針翅回轉(zhuǎn)熱管散熱時(shí)磁流變傳動(dòng)裝置的散熱性能進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證了磁流變傳動(dòng)裝置傳動(dòng)性能的