针对圆筒式磁流变传动装置中传力介质磁流变液受压强差、工作间隙、黏度等因素作用进而影响递转矩的问题,根据能量守恒方程和壁面滑移系数建立流速模型。基于FLUENT软件对流速进行模拟仿真,研究了不同工作间隙对流速分布规律的影响,分析了黏度与剪切应力的关系。研究表明,工作间隙与流速分布有关,对流速大小及剪切应力影响不大,磁流变液黏度会影响挤压作用产生的效果,转速越大,传递力矩越大,在工作间隙3mm时传递的力矩最大。

由于磁流变液存在颗粒自磨损以及颗粒与磁流变制动器工作壁面的摩擦问题,会影响电梯磁流变制动器的制动效果,因此对磁流变液的摩擦学性能进行分析非常关键。通过以石墨、油脂作为添加剂,制备4种硅油基磁流变液。利用四球摩擦试验机模拟磁流变液在电梯传动装置中的运行工况,记录摩擦系数的变化,并用影像显微镜观察和测量磨斑大小。通过流变仪测量磁流变液在摩擦实验前后流变性能的变化,分析磁流变液在装置中的摩擦磨损对其性能的影响。结果表明:添加剂在一定程度上对磁流变液具有减摩作用,摩擦后的流变性能均有所增大;所配制的编号3磁流变液具有低零场黏度、高磁致剪切应力、较好的稳定性,是适用于曳引电梯磁流变制动器中的磁流变液。

磁流变液是一种由微米级或纳米级可磁化颗粒均匀分散在特定基载液中制备而成的智能材料。磁流变液主要由磁性颗粒、基载液、添加剂组成。磁流变液在外部磁场下具有良好的可控性和减震性,被广泛应用于磁流变液减震器、磁流变液阻尼器等领域中。本文主要介绍磁流变液组成部分、特性及研究进展。

为了提高静压轴承的承载能力和回转精度,提出一种基于磁流变液(Magnetorheological Fluid, MRF)润滑的静压轴承。对磁流变液静压轴承进行结构设计,并对其承载力和油膜刚度进行了计算;通过Maxwell仿真分析不同轴承材料、不同电流对静压轴承性能的影响规律;采用CFX流体仿真分析不同间隙对静压轴承承载力的影响。通过仿真分析,选择磁感应强度最大的铸铁作为轴承材料,以适应更大的负载变化,选择半径间隙为20μm以增大承载能力。通过ANSYS流固耦合仿真,验证设计的磁流变液静压轴承的优越性,相比普通静压轴承其承载力提高了11.6%,回转精度提高了17.4%。

20世纪90年代,科学家发现了一种智能材料——磁流变液:在不通磁场时,铁磁颗粒随机悬浮在特定的油液中,呈现低黏度牛顿流体状态;一旦通磁,铁磁颗粒瞬间被磁化成磁偶极子,首尾相连成为柱状结构,其黏度瞬间升高几十倍,呈现非牛顿流体状态,剪切应力大大增强,即可达到吸能减振的效果,磁场撤销后流体恢复原状.利用这一特性可为制造新型飞机起落架的阻尼器提供理论支撑.根据数学建模技能表明,该运动过程能应用守恒律的数学思想和精细的微积分推导建立起偏微分方程组模型.因此,该偏微分方程组的建立及其稳定性问题、自由边界问题和边界层问题等基础理论问题的解决,就构成了新型飞机起落架的阻尼器制造的核心技术,这让我们深刻领会到习近平总书记在中央政治局第三次集体学习时所强调的“切实加强基础研究,夯实科技自立自强根基”的重要意...

本文针对磁流变辅助支撑铣削系统,从建立基于磁流变效应的铣削系统动力学模型入手,结合磁流变液稳态流动测试结果,分析模型中磁流变液辅助支撑单元刚度、阻尼与电流的变化规律,推导系统的铣削动力学微分方程;并利用Matlab软件中Simulink模块对建立的模型进行动力学仿真,分别在直流、正弦波、三角波和方波电流作用下求解得系统的加速度响应,并对结果进行时域分析。结果表明,在2 A方波电流作用下,系统的加速度幅值最小,且此时系统的固有频率最大,能够显著增加工件在铣削过程中的刚度以提高其加工精度。

针对穿戴式外骨骼长时间保持姿态困难、驱动系统刚度难以精准控制等问题,设计了一种基于磁流变效应的外骨骼作动器,实现人体长时间站立、蹲坐等姿态保持以及刚柔耦合自适应调整,有效提高穿戴舒适性及随动性。采用SolidWorks、Maxwell及MATLAB联合仿真技术对外骨骼作动器不同状态进行了相关磁场力分析实验,实验结果表明,外骨骼作动器在4A电流驱动下,在在θ=π/2角度时能够实现最大379N的输出力。

在机械加工过程中,机床和工件之间会产生颤振,由于系统振动频率在不断变化,因此本文为解决颤振对加工造成的危害,设计实现了一种阻尼可调的剪切-挤压混合模式橡胶-磁流变液隔振器。通过对磁流变液进行挤压特性实验,得到其应力-应变曲线,接着对橡胶模具进行超弹性分析得到其本构模型,再应用有限元软件对隔振器进行电磁仿真分析与模态分析。最后通过频响分析实验得到随着磁场强度发生改变,磁流变液的刚度与阻尼发生改变,在外加激励的作用下隔振器能够充分利用频移特性,有效降低非期望振动对结构的动力响应,该隔振器可以应用于不同激振频率下的减振工况。

针对磁流变液在高温下传动性能下降等缺点,提出一种形状记忆合金与磁流变液交替的传动方法。基于形状记忆合金的热力学效应,推导了弹簧挤压力与温度的关系式,并通过实验验证了方程的正确性;对传动装置的磁场进行有限元分析,得出了工作间隙沿径向的磁场分布;基于形状记忆合金弹簧热驱动特性,建立了摩擦转矩与挤压力、结构尺寸等参数的关系。结果表明,形状记忆合金弹簧产生的挤压力随温度升高而增加;温度低于40℃时,主要由磁流变液传递转矩,转矩可达9.14 N·m;温度在40℃~60℃之间时,磁流变液与形状记忆合金共同传递转矩,转矩可达13.24 N·m;温度高于60℃时,主要由形状记忆合金传递转矩,转矩可达9.40 N·m。随着温度升高,形状记忆合金能代替磁流变液传递转矩,装置能感知温度变化,实现交替传动。

为满足光束定向器方位轴内气体的密封要求,设计一种外筒分离式的磁流变液密封结构,主要由磁流变液、极靴、永磁体、外筒和内筒组成。利用Maxwell建立该密封结构的简化模型,仿真分析密封结构的磁感应强度及其分布情况。分析磁流变液密封结构中极齿形状对耐压值的影响,得出在密封间隙为0.12~0.22 mm时,单侧倒角齿形的磁流变液密封性能更好。采用正交试验法对密封间隙、齿宽、齿高、槽宽和单侧倒角等齿形参数进行优化,正交试验结果表明:密封间隙对磁流变液密封耐压值影响最大,其次是极齿宽度,槽宽、倒角角度和齿高对耐压值的影响较小。最终得到一组最优参数,优化后的磁流变液密封的密封性能提高了199.4%。