为解决单一圆筒式磁流变液离合器转动转矩过小的问题,提出了一种电热形状记忆合金驱动的圆筒-圆盘式磁流变液传动方法,利用形状记忆合金的热驱动特性使磁流变液的工作间隙由单一圆筒变成圆筒-圆盘多工作间隙,提高了传动性能;基于形状记忆效应,得出了电热形状记忆合金推力与温度的关系;通过磁场有限元分析,得出了圆筒-圆盘磁流变液传动装置的磁场强度及分布情况;基于Bingham模型,得出了磁流变液传动转矩与磁场强度、结构尺寸等参数的关系。研究结果表明:圆筒-圆盘式磁流变液传动装置传递的转矩比单一的圆筒式磁流变液传动装置传递的转矩提升了42%。

磁流变液剪切屈服应力是影响薄壁构件柔性装夹性能的重要指标,为提升磁流变液柔性夹具稳定可靠的装夹性能,通过试验对比方法,研究了添加剂、磁场强度、体积分数、温度等因素对水基和油基磁流变液剪切应力的影响。结果表明:对于油基磁流变液,硬脂酸添加剂能有效提高磁流变液的沉降性能;当磁场强度大于300mT时,硬脂酸添加剂使得磁流变液的剪切屈服应力有所下降;当磁场强度为600mT时,体积分数为40%的水基磁流变液的剪切屈服应力较油基磁流变液增大了37%;磁流变液的零磁场黏度和剪切应力与其体积分数呈正相关,磁场强度对磁流变液剪切应力的影响强于体积分数对磁流变液剪切应力的影响。体积分数为48%以上的油基磁流变液更适合用于薄壁构件的柔性夹具设计。

磁流变液沉降稳定性是影响现有汽车悬架用磁流变(MR)阻尼器使用寿命的关键因素之一。以商用成品磁流变液为基础,在理论指导下,通过实验研究改善其在磁场作用下的沉降性能。首先对磁场作用下影响磁性颗粒在磁流变液中沉降性能的主要因素进行理论分析;然后以市场现有磁流变液(MRF)产品MRF-450为基础,通过微观结构及导电导磁性能分析,对制备条件和配方进行改进;最后对改善后的磁流变液进行性能测试。力学性能测试结果表明其在改善沉降性的同时保证了力学性能,基于导电原理的稳定性测试结果显示其在MR阻尼器中静置24周后的沉降率仅为1.5%,相比传统MRF-450降低19.6%。

实时原位监测可以感知阻尼器件内部磁流变液沉降状态,以主动分散提升器件可用性。通过研究磁流变液浓度梯度与沉降体介电常数的关系,构建了开放电容式磁流变液沉降状态原位监测方法与系统。开展了电容中心柱极高度对磁流变液准静态沉降过程电场分布影响的仿真分析,并通过沉降监测试验表明:系统能够有效地监测磁流变液静置沉降状态;随着沉降体浓度增大,其介电常数相应增大,开放极板电容器电容值增大;随着沉降进程的发展,沉降速率逐渐降低。

设计一种动刚度和阻尼可调的磁流变液可控多流道悬置.首先,建立多惯性通道液压悬置模型,数值仿真不同的流道数量对悬置动刚度和滞后角的影响;然后,建立磁流变液可控多流道悬置模型,通过实验验证可控多流道可以控制流道的开闭;最后,分析磁流变液可控多流道悬置不同流道开闭的动态特性变化.结果表明:对不同的流道分别施加磁场作用可使悬置的动刚度、阻尼可调和力的传递率最小;已知激励频率,根据可控区域实时控制流道数量,可获得最佳隔振性能.

磁流变液具有很高的可控性和连续性,广泛应用于半主动减震器、抛光装置和扭矩传递装置,其沉降稳定性是保证其性能的重要指标。对磁流变液沉降稳定性的检测方法进行了概述,并从磁性颗粒、添加剂和载液三方面介绍了改善磁流变液沉降稳定性的研究进展,结合磁流变液沉降稳定性研究中存在的问题对未来研究方向提出了一些观点。

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%。

在磁流变液工作过程中不可避免会产生热量,使工作温度升高并影响磁流变液相关性能。笔者从电磁、摩擦和磁热效应等方面综述了磁流变液工作过程中热量产生机理,并且阐述了工作环境温度升高后对磁流变液各组成成分、黏度和剪切应力等主要特性的影响。温度的升高不仅会使磁流变液各成分发生相应变化,也会使黏度和剪切应力减小,导致磁流变液性能降低甚至发生不可逆变性。因此笔者认为:为了有效延长磁流变液使用寿命,一方面可以优化磁流变液配方,配制出具有良好温度适应能力的磁流变液,另一方面可以通过建立包含温度参数的剪切屈服应力模型来预测磁流变液性能随温度变化情况,从而更加精确控制磁流变液工作温度;当温度大幅上升不可避免时,应及时采取冷却措施。

进入新世纪智能材料发展迅速,其中智能材料领域研究最为活跃的当属磁流变液。它一般由磁性颗粒、基液、添加剂组成。当磁流变液外部存在磁场时,其会呈现从低粘度的牛顿流体到高粘度的宾汉流体的转变。磁流变液具有转换耗能低、易于控制且响应迅速的特点,被广泛应用于离合器、阻尼器和传感器等领域。本文详细介绍了磁流变液智能材料的制备、作用机理和应用领域等方面的研究进展。

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%。