分析了平行圆盘式磁流变液屈服应力测试仪的工作原理,结合磁路欧姆定律和安培环路定理,对一种圆盘式磁流变液屈服应力测试装置的磁路进行计算,确定励磁线圈的相关参数。在此基础上,运用有限元软件Ansys中的磁场分析单元对磁路进行建模... 展开更多

为揭示磁流变调速起动过程中的时间响应特点及影响因素,在分析磁流变调速起动控制系统工作原理的基础上,建立输出转速控制数学模型,并利用Simulink软件对调速起动的时间响应进行仿真分析,其后在不同初始条件下开展调速起动试验研究。研究表明磁流变调速起动响应时间随着励磁电流的减小和负载扭矩的增大而增加,而与输入转速间近似成正比例关系;试验时所测得不同因素的影响规律与仿真时基本一致,验证了理论模型和仿真分析的正确性,然而由于仿真时未考虑磁路响应和磁流变液流变响应,响应时间的仿真值与实测值相比偏小。

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。

为了保证磁流变液的可靠应用,采用实验方法,系统研究了温度对磁流变液流变性能的影响,分析了磁流变液的热沉降稳定性、热磁化强度、热表观粘度、热膨胀性以及热屈服应力,研究表明,温度对磁流变液流变特性均存在一定影响,在120℃时,其稳定沉降率较室温增加11%;在100℃以内,热磁化强度变化较小,而在300℃时热磁化强度降低16%;其表观粘度变化规律与基载液的粘温特性密切相关;在220℃时磁流变液热膨胀率达到18%,热膨胀率较高;温度升高,其剪切屈服应力变化显著,220℃时较室温剪切屈服应力降低了15%。

为了分析传动壁面形貌对磁流变液滑移特性的影响规律,建立磁流变传动性能实验台,分析了传动壁面沟槽形状、沟槽密度、沟槽深度、纹理类型等对滑移强度的影响规律,研究发现,滑移强度与传动壁面表面形貌有关,壁面沟槽形状对滑移强度影响并不明显,三角形截面形状略优于矩形;增加沟槽密度可提升磁流变液的传动能力,沟槽深度在0～0.5mm范围内存在最优值;同心圆、光滑、凹坑及径向辐射条纹4种壁面形貌中,滑移强度由大到小依次是:径向辐射条纹、凹坑、光滑、同心圆,改变壁面形貌可使滑移强度提高10%。

基于Bingham模型和传热学基本理论,建立滑差工况下磁流变液瞬态热传导方程,并采用数值仿真和试验研究了磁流变液温度场沿轴向和径向的分布以及滑差功率和工作间隙对其的影响规律。研究表明轴向各间隙中磁流变液间存在着温度差异,由内向外温度逐渐降低,且内外温差随时间的增大而增加;不同时刻磁流变液表面温度分布规律基本一致,温度最高值出现在工作半径中心处;磁流变液温度随滑差时间呈近似线性上升,且温升速度随滑差功率的增大而增大,随工作间隙的增大而减小。

为探究一种平行圆盘磁流变剪切屈服应力测试仪的磁场特性,结合磁路欧姆定律和安培环路定理介绍该测试仪的磁路组成,并在ANSYS软件中对磁路进行了磁场仿真;然后对该测试仪的磁场均匀性、磁场强度以及测试精度进行了实验分析;仿真结果表明,工作间隙的磁场强度分布基本均匀,且随着励磁电流的增大而增大,当励磁电流为3.0A时,工作区域的磁感应强度可以达到0.9T;实验结果表明,该磁流变剪切屈服应力测试仪能满足磁流变液特性测试的需要。

为了获得磁流变液中软磁性颗粒沉降现象对磁流变液动力传递扭矩的影响规律,分别从理论分析、仿真建模和实验验证三方面开展研究。首先,通过理论分析,探讨不同质量分数下磁流变液在传动空间内颗粒团聚沉积规律并通过实验验证获得工作空间内具体沉积体积;其次,建立磁流变液传动装置磁场分析模型,并分别进行二维及三维电磁场仿真分析,获得软磁性颗粒质量分数75%的磁流变液在沉降过程中,传动装置内磁场强度分布规律;最后,搭建磁流变液动力传递试验台并进行颗粒沉降状态下磁流变液动力传递变化规律。结合仿真分析及实验验证可知,磁流变液颗粒无沉降时,工作间隙磁场分布均匀,随着磁流变液颗粒沉降加剧,颗粒聚集区的磁场强度增强,基载液区域的磁场强度则大幅降低;沉降前后的磁流变液扭矩波动明显,沉降1个月内传递扭矩下降20%。

针对磁流变液传动装置扭矩调控过程中时间响应长问题,分析了励磁线圈、涡流和磁滞对磁路时间响应特性的影响机理,设计并搭建了磁流变液传动装置实验平台,开展了输出扭矩响应时间实验。理论分析和实验结果表明:改变励磁线圈参数和抽头数量可有效缩短电流响应时间;优化磁路尺寸和减小材料电导率可减小涡流影响;磁滞对响应时间影响显著,撤销线圈电流响应时间比施加电流时增加了一倍。

针对传统磁流变阀流道间隙固定,可控性能差等问题,设计了一种新型流道间隙可调式磁流变阀。采用Ansoft Maxwell电磁场仿真软件对其进行了电磁场仿真,得到了磁感线分布规律以及磁感应强度随路径的变化规律。建立了阀口压降数学模型,并对其进行计算分析,得出了磁流变阀的流量、控制电流、阻尼间隙等参数与压降之间的定量关系。结果表明,当励磁电流为1.5 A、径向流道间隙为0.5 mm时,总压降可达最大值7095 kPa;磁流变阀总压降与电流和流量成正相关,与径向间隙成负相关。研究成果可以为磁流变阀的设计提供一定的理论参考。