为了优化圆筒圆盘式磁流变传动装置结构和磁场分布,以传递最大转矩为优化设计目标,提出磁场分布、磁流变液有效工作间隙和传动尺寸优化方案;基于磁流变传动特性,采用有限单元法和控制变量法,分别得出最优的磁流变液工作间隙的有效厚度、磁场性能最佳的线圈布置方案和磁流变传动装置结构尺寸的最优化设计方案。结果表明:线圈布置于圆筒端面两侧能够显著增强磁场强度,有效提升磁流变传动装置的传动性能;磁流变液工作间隙结构尺寸满足传动尺寸比ε=1.6时,传递的转矩达到最大值13.3 N·m,此时传动性能最佳、装置结构紧凑。

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。

对行星式永磁体磁流变传动装置进行了传动特性分析。传动装置采用圆筒型工作结构且励磁源设置为永磁体内置式,装置内部设置有可以自由旋转的磁管套组结构,增大了装置的输出转矩能力且传动特性稳定可靠,建立模型分析MRTD装置的输出转矩值的影响因素,研制了磁流变传动装置样机,并对样机进行了调速特性和调矩特性的测试。结果表明:该装置能有效传递扭矩,能有效调节滑差转速,通过控制内部磁场强弱进而调节输出转速大小。

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。