力/触觉反馈是虚拟现实交互技术中一种重要的交互形式。磁流变液执行器是最具发展潜力的力/触觉反馈装置。提出了一种适用于手指力反馈的便携式圆筒磁流变液执行器的设计方法,导出了基于B ingham塑性模型的阻力矩公式,分析了磁流变液特性和执行器结构参数对阻力矩的影响,并通过有限元分析进行优化设计,执行器的直径为31 mm,高度为38 mm,重200 g。实验测定了阻力矩和输入电流之间的关系,并采用二次多项式拟合。输入电流为0.6 A时,执行器产生的阻力矩为255 N.mm,结果表明,该执行器产生的阻力矩足以阻止手指抓取虚拟物体。

利用ANSYS软件建立了可变压差下自动调节阀阀门内部流场模型以及阀芯模型,对流场和阀芯进行耦合力学分析阀芯的大位移运动,同时做实验验证此方法。用任意拉格朗日-欧拉(ALE)有限元计算方法分析流场。阀芯和流场有大位移运动的共同边界采用流体-固体耦合约束,并在计算中采用预测-多步校正算法,避免了反复迭代所导致的过大计算量。通过理论研究和实验发现,当由气动执行机构控制的调节阀开度调节时,阀芯有个振动的过程,且阀芯的振动是一种有规律的衰减振动。

本文介绍了液力变矩器自动测试系统的软件结构及核心技术。在该系统中采用虚拟仪器软件的分层结构和接口技术,实现了测试系统的柔性组态;通过建立基于知识库的测量通道属性模型和传感器属性模型,实现了仪器硬件和传感器的可互换性;通过临界区加锁技术解决了多任务并发进程和数据库共享的安全性问题。这些关键技术的应用,提高了本测试系统软件的可重用性,使用户不需要修改软件源代码就可以实现测试系统的升级、仪器及传感器互换和更新,大大减少了测试系统的维护费用,延长了它的生命周期。

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。

为了得到界面变形对磁流变传动装置传动性能的影响规律,总结了变形界面的产生形式,采用数值计算方法,从电磁场和液膜传动能力两方面分析了变形界面的传动性能,并进行了相关实验研究,结果表明:传动圆盘的正常变形量小于100μm,变形后工作间隙磁场变化量较小,一般小于0.01 T,约占工作间隙磁场的2%;变形对毫米厚度液膜传动性能的影响很小;对于较小变形量,界面变形并不能显著影响磁流变液的传动能力;对于较大变形量,由于磁流变液液膜剪切和挤压效应产生的剪切力作用,磁流变液扭矩传递能力有一定提升,但是这种剪切力不可调节,降低了磁流变传动装置的调节性能。

利用磁流变液阻尼器,实现对单跨转子系统振动的主动控制。设计并研制了一种新型剪切式磁流变液阻尼器,开发了一套基于LABVIEW的单跨转子振动实时闭环控制系统,可根据转子转速或振动幅值在线动态调节加到磁流变液阻尼器的控制电流,实现减振。针对传统开关控制,提出了两种控制方法(基于转速的分段控制和基于振动幅值反馈的闭环控制)并进行实验对比研究。实验结果表明:磁流变液阻尼器对转子振动减振效果良好,临界转速区减振效果可达80%,非临界转速区减振效果可达30%。开关控制,不能实时动态调节控制电流。基于速度的分段控制,在转子无故障和干扰情况下,随转速变化可以在线动态调节控制电流抑制转子振动。基于振动幅值反馈的闭环控制,根据实时监测的振动幅值调节控制电流,实现转子振动的在线动态控制。

提出了一种大输出阻尼力矩,低初始阻尼力的小体积多片式磁流变液阻尼器的设计方法。阻尼器内部的导磁元件、隔磁元件和间隙中磁流变液构成闭合的蛇形磁路。针对漏液的问题采用铁磁密封的设计思想,显著减小了转轴处的摩擦力。基于Bingham塑性模型分析了磁流变液的力学特性,导出了阻尼器的力矩模型,采用ANSYS Maxwell软件对阻尼器进行了有限元分析,验证了磁路的准确性,并在原始设计的基础上对阻尼器的结构进行了优化,研制出了一种小体积磁流变液阻尼器。在自主搭建的实验平台上进行力矩测量实验和响应时间测量实验,实验结果验证了该阻尼器具有大输出力矩,低初始阻尼力和低响应时间的特点。阻尼器的直径为33.6 mm,高度为21.6 mm,重约200 g,当输入电流为1.2 A时,产生的力矩为350 N·mm,达到了操作者抓取虚拟物体所需的力矩。

电液伺服阀是轧机厚度自动控制系统中最容易发生故障的设备部件,通过对其历史故障特征信息的收集和分析,设计出一个适用于伺服阀故障诊断的三层BP神经网络.结果表明,该神经网络能够满足对伺服阀故障诊断的要求,实现了伺服阀故障诊断的智能化.

介绍了用电流法进行液压油液污染度在线监测的原理并进行了实验研究在此基础上给出了基于MCS-51单片机C-V传感器和温度传感器的油液污染度在线监测硬件系统.