针对单一的磁流变传动传递转矩较小的缺点,提出了一种电热形状记忆合金与磁流变联合传动方法,可以提高传动装置传递的转矩。基于形状记忆合金的热效应特性,建立了电热形状记忆合金弹簧挤压力与温度的关系;利用Maxwell软件,对磁场进行有限元分析,得到了不同电流下圆盘工作间隙中的磁场强度沿半径的分布情况;基于磁流变液的磁流变特性,建立了磁流变传递的转矩与磁场强度、半径等参数的关系;基于形状记忆合金弹簧的挤压特性,建立了摩擦转矩与挤压力、半径等参数的关系式。研究结果表明,电热形状记忆合金弹簧的挤压力产生的摩擦转矩随温度的升高而增大;磁场强度沿半径的增大而增强;电热形状记忆合金与磁流变联合传递的转矩比单一磁流变传递的转矩提升了53.8%。

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。

针对高转矩磁流变液装置结构复杂及使用场景受限等问题,提出了一种电磁挤压的多盘式磁流变液传动方法,利用励磁线圈通电后产生的电磁力对磁流变液进行挤压,使其在传递高转矩的同时,装置的结构更加简单紧凑。利用Maxwell和Abaqus对装置进行了磁场及结构场有限元分析,计算得到了不同输入电流下磁流变液的剪切屈服应力、电磁力以及各工作间隙内磁流变液所受挤压应力;分析了磁流变液在受到挤压强化后的剪切屈服应力,并计算得出装置所能传递的转矩。对比实验表明:利用电磁挤压,磁流变液的传动性能显著增强,在3 A输入电流、7 241.4 N电磁力时,相较于未挤压状态,装置传递转矩提升了约78.6%。

针对磁流变液纯剪切传动传递转矩小的缺点,提出一种基于电磁挤压的磁流变液传动方法。利用有限元软件Ansoft Maxwell进行磁场有限元仿真分析,得到不同输入电流下磁流变液的剪切屈服应力以及压盘所受到的电磁力。基于磁流变液的挤压强化效应,分析磁流变液在受到压盘挤压强化后的剪切屈服应力及传递的转矩。结果表明:磁流变液在受到挤压后,剪切屈服应力会增大,从而使装置所能传递的转矩增大;磁流变液在挤压剪切模式下传递的转矩是纯剪切模式下的1.53倍。