基于热传导理论,采用有限元方法对磁流变传动装置温度场进行了研究,并采用实验方法分析了温度对磁流变传动装置性能的影响规律。研究发现,该传动装置稳态滑差功率可达200 W,温度最低点出现在传动轴轴端处,最高点则出现在传动圆盘内外径之间,各点温度分布较为均匀;瞬态时,传动圆盘径向各处温差最大值达到80℃,热变形对微间距传动影响较大,现场实验温升曲线与有限元分析基本一致;温度升高降低了磁流变液的动屈服应力,但由于磁路磁阻及挤压增强效应影响,可以轻微提升磁流变传动装置的传力性能。

为揭示磁流变传动(magnetorheological(MR)transmission)界面间液膜的温升特性,以一种多盘式磁流变传动装置为研究对象,对传动界面间磁场分布进行有限元仿真分析,并采用实验方法研究了工作间隙内液膜的温升情况及分布规律,同时测试了液膜温升对传动性能的影响。研究结果表明:液膜温度沿工作间隙径向逐渐增大,并且温度差值随滑差时间越来越大,液膜沿周向温度分布基本均匀;滑差加载阶段,液膜温度随时间近似呈线性上升,且滑差功率越大,温升速度越快,在停机阶段温度下降缓慢,有必要采取强制散热措施以减缓液膜温升;液膜的温升将会导致其传递扭矩能力下降和动态响应速度变慢。

为了保证磁流变传动装置的动力传递效果,采用实验方法,分析了不同壁面材料、表面粗糙度大小、壁面形貌、滑差转速及工作间隙对磁流变传力性能的影响规律。研究表明壁面材料对磁流变液动力传递效果影响较为明显,材料磁导率越低,传递转矩越小,容易发生壁面滑移现象;壁面形貌亦为影响传力效果的主要因素,凹凸同心圆表面减弱了磁流变液的传力性能;高滑差转速时,磁流变液颗粒成链较为复杂,其传递转矩随滑差转速的增加而逐渐降低,而工作间距对其传力性能影响不大。

本文研究了盘式磁流变传动装置中磁流变液剪切屈服强度与传递力矩之间的理论关系,并结合磁流变传动基本理论和磁流变传动装置的结构设计理论,设计了一种磁流变软启动装置.并搭建了装置测试实验台,实验测定其通电后磁流变液工作环形区域磁场强度,并得到磁流变软启动装置传动转矩与励磁线圈电流的关系.结果表明,设计的磁流变液软启动装置不仅响应速度快、控制方便、结构简单,而且满足软启动、过载保护和调速等要求.

针对磁流变液装置所产生的转矩偏小的问题,提出了一种磁流变液与电热形状记忆合金(SMA)联合传动的方法,并介绍了传动装置的工作原理。基于电热SMA弹簧力学特性,推导了温度与摩擦转矩的关系;通过有限元软件对装置进行了磁场分析,得到了环形磁流变液工作间隙磁场强度与磁流变液剪切屈服应力之间的关系,并计算得出磁流变液传递的转矩。实验结果表明:由8个SMA弹簧产生的摩擦转矩最大为1.798 N·m,励磁线圈的电流为1 A、匝数为380时,磁流变液传递的转矩为1.41 N·m。相较于单一的磁流变液传动装置产生的转矩,磁流变液与电热SMA联合传动产生的转矩为3.15 N·m,传动性能提高了1.2倍。

磁流变传动具有反应迅速可逆、控制简单且能耗低、抗外界干扰能力强等特点，在机电设备软启动、软制动、无级调速和过载保护等方面具有广泛的应用前景。在阐述磁流变液基本概念的基础上，首先介绍了磁流变传动基本形式和工作原理；其次，综述了磁流变传动技术的国内外研究进展和现状，指出了当前研究在大功率应用场合尚存在的局限性与不足；最后，从磁流变液材料的可靠性、磁流变传动装置的温度特性以及散热问题三个方面，着重分析了磁流变传动技术的发展新趋势和关键技术。