为了研究开槽盘式磁力耦合器径向不对中时的传动性能,以等效磁荷理论为基础,将运动中切割磁力线产生磁场的铜导体涡流区域等效成永磁体,结合库伦定律,建立开槽盘式磁力耦合器径向不对中时的输出转矩计算模型;通过有限元软件对开槽盘式磁力耦合器径向不对中时的磁感应强度、铜层功率损耗、输出转矩进行有限元分析,确定了耦合器径向不对中量所允许的最大值。研究结果表明,随着径向不对中量的增大,磁力耦合器工作过程中的感应磁场减小,从而引起耦合器最大磁感应强度增大,铜层功率损耗以及输出转矩逐渐减小;同时,二者随时间变化的曲线波动也越来越显著,当径向不对中量不超过6 mm时,开槽盘式磁力耦合器工作过程中依然能够保证较为准确地输出转矩,其转矩波动也相对稳定。

为明晰齿轮马达困油对输出转矩转速的影响机理及其脉动最小化策略,在马达困油特性分析的基础上,从双齿啮合与单齿啮合两个方面,建立了输出转矩的分段计算式;由注入介质的压差能等于马达输出的动力能,建立了输出转速的分段计算式;根据理论判断出的最大最小转矩位置,给出脉动最小化的轴向双副结构方案。结果表明,齿轮马达的困油现象相对温和,常规双矩形卸荷槽即能满足卸荷要求;齿数为10下的转矩、转速的脉动系数分别为0.26、0.3,齿数为其影响的最大因素;马达齿轮的空转有利于采用轴向错位啮合的双齿轮副构造来实现输出脉动的最小化,改善率分别为61.5%、65.3%。得出双副能实现少齿数的轻量化和超低脉动的目的,为高质量齿轮马达的进一步研发提供了依据。

应用有限元数值分析,建立了不同间隙下的有限元分析模型,分析了圆盘式磁流变液传动器件在不同电流下磁感应强度沿半径方向的分布,通过对数据结果进行分析、处理和拟合,确定了磁感应强度和半径之间的关系。并将拟合的表达式带入转矩的计算表达式,最终得出了不同电流下输出转矩和间隙之间的曲线。根据转矩与间隙之间的关系,分析了间隙和电流的变化对磁流变液传动的影响,最后得到了根据电流和间隙计算传动转矩的简单经验关系式,误差分析表明所提出的经验公式对于工程应用具有足够的精度。

针对圆筒式均匀间隙磁流变传动装置间隙内磁场强度不均匀的问题,提出将磁流变传动装置的均匀间隙改进为楔形间隙,设计出了圆筒式楔形间隙磁流变传动装置,推导了圆筒式楔形间隙磁流变传动装置的理论转矩公式,进行了磁场有限元模拟仿真,对比了均匀间隙与楔形间隙的差异,并分析讨论了楔角角度和间隙宽度对工作间隙的磁感应强度分布均匀性和输出转矩的影响,结果表明:在其他条件不变的情况下,当楔角角度为1.074°左右时,其工作间隙的磁感应强度分布最均匀;同时,楔角角度越小,输出转矩越大,均匀间隙的输出转矩最大。

针对传统的圆筒式磁流变液传动装置存在轴向长度过长且传递转矩较小的问题,提出一种具有楔形间隙的圆筒式磁流变液离合器。运用有限元法对装置进行磁场仿真,在相同输入电流下,分析不同截面下不同间隙厚度的磁场分布,得出磁流变液的剪切屈服应力。根据传动装置的结构特点和Bingham模型理论,基于计算流体动力学对楔形间隙内流场的速度、压力、黏度及剪切应力分布进行分析,得到传递转矩随结构和转速的变化。研究结果表明,磁流变液间隙差越大,该楔形间隙提供的转矩越大;同时,磁流变液在挤压强化后,剪切屈服应力显著增加;在磁感应强度为0.55 T,初始屈服应力为30 kPa的条件下,同转速60 rad/s下相较于传统圆筒式磁流变液离合器,传递转矩提升了约1.12倍。

液压马达作为页岩气旋转式井壁取心机器人钻头的直接驱动装置,其性能的优劣决定了整个取心机器人能否正常完成井下取心任务。根据川渝地区页岩气长水平段取心的高温、高压、高腐蚀等工作特点,对传统三齿轮液压马达进行适应性改进设计。根据齿轮马达的工作原理,分析了取心液压马达的排量、输出转矩、径向力等工作性能。分析表明,取心马达分别有两对高压腔和低压腔,实现了转矩的叠加,在相同体积情况下,其排量、输出转矩大,有利于在页岩气长水平段井下的狭小空间工作。

电液伺服阀作为液压伺服控制元件中的核心元件,能将微弱信号转换为大功率信号,力矩马达作为电液伺服阀的核心元件,其性能直接影响电液伺服阀的性能。为了分析力矩马达输出转矩的影响因素,基于AMESim搭建仿真平台对各个因素进行分析,结果表明,永磁体剩余磁化强度、衔铁中心到衔铁末段距离、气隙处磁极面积和线圈匝数对力矩马达输出转矩影响较大,永磁体的长度以及横截面积和衔铁处于中位时气隙长度对力矩马达输出转矩影响较小,并通过试验验证了其正确性。

综合考虑销轴弯曲、剪切、挤压的影响,来确定并校核减速机浮动底座安装扭力臂支撑部分销轴大小和强度,保证扭力臂部分的强度、稳定性,使整体结构安全可靠。

五、轴向柱塞马达 图10表示轴向柱塞马达的工作原理。当压力油输入时，处在高压腔中的柱塞2被顶出，压在斜盘1上。设斜盘作用在柱塞上的反力为FN，FN可分解为两个分力，轴向分为F则和作用在柱塞上的液压作用力相平衡。另一个分Fr使缸体3产生转矩，马达输出轴与缸体采用花键连接。由于缸体转矩的作用而驱动马达轴转动输出转矩。