针对均匀间隙磁流变制动器制动力矩较低、制动效率低的问题,根据磁流变液挤压增强效应原理,设计了偏心式磁流变制动器,建立了偏心式磁流变制动器制动力矩模型;分析了工作间隙、偏心率及偏心距对制动力矩的影响规律,基于Sobol法对制动器结构尺寸参数进行全局灵敏度分析,以偏心制动器制动力矩为目标进行了结构尺寸优化。结果表明,偏心率对制动力矩影响最大,且偏心制动器制动力矩随偏心率增大而增大;偏心率从ε=0.1到ε=0.2变化时,制动力矩从38.3 N·m提升到51.9 N·m;偏心距对制动力矩影响较弱,且制动力矩随偏心距的增大而减小,在偏心距e大于1后,影响效果不明显;优化后的偏心制动器制动力矩达到86.3 N·m,较优化前提高了约35.27%;在磁流变液达到磁饱和时,偏心结构对制动器制动力矩提升约7.57%。

基于圆筒式磁流变制动器的结构及工作原理,建立考虑壁面滑移效应的平行壁板微观传力模型,推导了壁面滑移速度及壁面滑移层厚度的计算式,进而建立了考虑壁面滑移效应的磁流变液剪切屈服应力模型;根据剪切屈服应力和壁面摩擦力的数学模型及制动原理建立制动力矩和制动时间模型,对制动器制动特性进行分析。结果表明:壁面滑移影响磁流变液的制动力矩和制动时间,当其他条件一定时,随磁场强度增大制动力矩逐渐增大、制动时间缩短,制动器制动性能受壁面滑移效应影响逐渐减弱,达到磁饱和后壁面滑移效应对制动性能的影响非常微弱;在一定的外加磁场下,磁性颗粒的体积分数、颗粒半径影响屈服层的厚度进而影响壁面滑移效应。