磁流变传动装置多种工况下热结构场研究

针对高温条件下磁流变液剪切应力、热磁化强度、黏度和流变特性显著降低,以及热应力对磁流变液链化结构的破坏,严重影响磁流变传动装置性能的问题,基于剪切模量与磁场强度的非线性关系,推算了磁场作用下磁流变液固化状态的弹性模量;研究了在滑差和励磁线圈功率损失工况下磁流变液的温度、热变形以及等效热应力分布规律;探讨了滑差功率、电流、间隙宽度和励磁线圈绕组级数对其的影响。研究结果表明,滑差功率和励磁线圈生热都会造成磁流变液温度显著升高,由此产生的热变形对结构影响较小,而等效热应力影响较大;磁流变液工作间隙与非工作间隙的等效热应力分布存在明显差异;可在滑差和电流不变的情况下通过改变间隙宽度和绕组级数提高磁流变传动装置的性能。     

用于柔顺关节的磁流变传动的设计与实验研究

针对人机交互中刚性机器人关节在碰撞中的冲击力会对人产生危害的问题,对磁流变液变刚度传动装置进行了设计、建模和实验分析,提出了一种基于多盘式磁流变液传动的柔性关节。首先建立了传动装置传递的转矩数学模型,利用Matlab对各影响参数进行了仿真分析;然后根据仿真结果设计了磁流变液传动结构,利用磁场有限元仿真软件Ansoft Maxwell对磁路进行了验证;最后,搭建了实验平台,对磁流变液传动装置输出转矩进行了实验测试。研究结果表明:磁流变液传动装置能有效传递扭矩,输出扭矩与输入磁场强度的线性度好、响应快,传动特性能满足对机器人关节的使用要求。     

磁流变传动装置动态响应性能研究

根据Bingham粘塑性流体理论和Navier-Stokes方程,通过数值计算对磁流变传动装置的动态响应性能进行讨论,分析磁流变液的瞬态流场变化和流变响应时间及其影响因素,并对传动装置样机的动态响应性能进行测试.研究结果表明,磁流变液瞬间变成Bingham体后,传动装置流场分布发生明显变化;传动装置流变响应时间随工作间隙磁场强度增大而减小,随滑差转速及工作间隙厚度的增大而增大;磁流变传动装置动态响应性能良好,响应时间仅为几十毫秒.为磁流变传动装置的可靠设计和性能分析提供依据.     

圆筒式磁流变制动器磁路设计与优化分析

针对传统磁流变器件中励磁线圈长时间通电产生高温致使磁流变液制动效率失效的问题,设计一种利用永磁体代替通电线圈充当磁源的圆筒式磁流变制动器。针对该传动装置,从理论分析了制动器工作原理,建立了磁路模型;应用ANSYS对制动器的磁路模型进行仿真分析,验证了理论模型的正确性。仿真优化结果表明,添加隔磁环可以增大磁场强度,但磁场波动较大;一定范围内的磁偏角可增大磁场强度且不会产生磁饱和现象。     

磁流变液屈服应力测试仪磁路设计与仿真

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和仿真。仿真结果表明,工作区间的磁场为匀强磁场,磁场强度随励磁电流的增大而增大。     

用于磁流变减振的PWM控制器设计及实验分析

磁流变阻尼器是通过改变线圈中的电流来改变其阻尼力的,而基于混合模式的磁流变阻尼器的阻尼力是由压力工作模式的阻尼力和剪切工作模式的阻尼力构成的.根据磁流变阻尼器的磁路设计和动态特性,推导了阻尼力、电流和磁场强度的计算公式及相互关系;针对阻尼器的时间响应要求,设计了一种脉冲宽度调制电流驱动器,通过仿真分析了电路中的电流响应时间.实验结果表明,电流响应快、精度高,达到稳态值的95%所需的时间为0.3～0.6 ms,标准残差控制在0.11以内,满足磁流变阻尼器的控制要求.     

基于挤压-剪切模式的高转矩磁流变离合器设计与实验

本文设计了一种基于挤压-剪切混合模式磁流变离合器,建立了用于测试其传动性能的实验装置。首先,介绍了磁流变离合器的工作原理;接着,利用ANSYS有限元仿真分析软件分析了磁路的磁感应强度分布特性;最后,搭建了磁流变离合器的传动性能实验测试装置,测试了磁流变离合器的静态传动性能和动态响应特性。实验结果表明:转速对磁流变离合器的转矩影响不明显,而电流和挤压应力对磁流变离合器转矩的影响比较大,转矩随电流及挤压应力的增加而增加;在1.0A的电流和40r/min的转速下,挤压应力为150kPa时,挤剪式磁流变离合器的转矩可达到146Nm,比剪切模式下的磁流变离合器转矩提高了约6.6倍;响应时间常数先随电流(电流小于0.6A)的增加而减小,而后受电流影响不明显;响应时间随挤压应力和转速的增加而下降;总体接合响应时间在77ms以内。所研制的基于挤压-剪切混合模式的磁流变离合器传动性能良好,控制灵敏。     

基于性能最优的磁流变阻尼器励磁线圈缠绕方法研究

双线圈活塞式磁流变阻尼器是一种通过励磁线圈产生磁场,以控制输出阻尼力的器件,其励磁线圈的缠绕方法直接影响磁流变阻尼器磁场分布和动态响应时间。在磁流变阻尼器性能模型的研究基础上,以阻尼动力和动态性能为最优目标,分析了两励磁线圈多种缠绕方法对阻尼间隙的磁场分布和控制电路的响应时间的影响,综合考虑了外界控制电路的电流负担和电能损耗,获得了励磁线圈采用反向串联的最优缠绕方法。研究结果为磁流变阻尼器的结构设计和参数优化提供了参考依据。     

磁流变阻尼器响应时间分析研究

分析影响磁流变阻尼器响应时间的各种因素,提出采用多级线圈并联反串的磁路设计以及双向电流驱动等优化响应时间的方法.     

磁流变减振器磁场特性分析及试验研究

设计了磁流变减振器磁芯磁路,建立了磁路的仿真模型,仿真研究了磁路的磁场特性,用实验的方法对仿真模型进行了验证和修正;在此基础上,建立了整个磁流变减振器的仿真模型,仿真研究了其磁场分布规律及不同参数下阻尼孔附近的磁通密度.研究结果表明,磁芯直径、工作缸壁厚、阻尼通道长度和线圈电流是影响磁场特性的主要因素,合理选择磁路结构参数可使其性能得到最大发挥.设计并制造出一种车辆单筒充气式磁流变减振器,对其进行了台架试验,得到不同电流下的减振器示功特性图,研究发现,通过调节减振器励磁线圈中的电流获得不同强度的磁场,在磁场作用下,磁流变液粘度发生变化,从而改变减振器的阻尼特性,减振器的饱和工作电流约为2A.试验验证了磁路设计的正确性,并为实现车辆磁流变半主动空气悬架控制研究奠定了基础.     

磁流变液与电热形状记忆合金联合传动性能研究

针对磁流变液装置所产生的转矩偏小的问题,提出了一种磁流变液与电热形状记忆合金(SMA)联合传动的方法,并介绍了传动装置的工作原理。基于电热SMA弹簧力学特性,推导了温度与摩擦转矩的关系;通过有限元软件对装置进行了磁场分析,得到了环形磁流变液工作间隙磁场强度与磁流变液剪切屈服应力之间的关系,并计算得出磁流变液传递的转矩。实验结果表明：由8个SMA弹簧产生的摩擦转矩最大为1.798 N·m,励磁线圈的电流为1 A、匝数为380时,磁流变液传递的转矩为1.41 N·m。相较于单一的磁流变液传动装置产生的转矩,磁流变液与电热SMA联合传动产生的转矩为3.15 N·m,传动性能提高了1.2倍。     

形状记忆合金控制的圆筒式磁流变液无级传动

基于形状记忆合金热效应下的形状记忆特性和磁流变液的流变特性,介绍了形状记忆合金控制的磁流变液无级传动的工作原理;建立了能控制励磁线圈电流大小的形状记忆合金温控开关输出行程与温度、结构参数、材料参数、工作载荷等参数之间的关系式;基于Herschel-Bulkley模型描述了磁流变液剪切应力随外加磁场变化的本构方程;建立了磁流变液无级传动的传递转矩与磁场参数、材料参数、尺寸参数和运动参数之间的关系式。研究结果表明：形状记忆合金温控开关的输出行程随温度的变化而变化,磁流变液无级传动的传递转矩随外加磁场的增大而增大,输出转速能根据来自散热器气流温度的高低实现连续调整。     

磁流变液石油钻机辅助刹车实验研究

磁流变液钻机辅助刹车是一种基于磁流变技术的新型辅助刹车.通过对自制的辅助刹车模型进行实验研究,得到了制动力矩随叶片直径、叶片宽度、励磁电流、磁流变液磁性材料含量和转速变化的关系曲线,为以后磁流变液钻机辅助刹车的设计制造奠定了基础.     

磁流变液响应时间检测方法及装置研究

磁流变液的响应时间是一个关键指标,关系到磁流变智能执行器的实时可控性能。 然而,MRF 的动态响应面临从电 流、磁场强度及剪切应力等多参数耦合中解耦的难题。 本文提出基于偏置正弦激励电流的相位检测法,通过施加偏置正弦电流 激励正弦磁通密度,由扭矩与磁场相位差获得 MRF 响应时间,无需面临阶跃响应中的复杂解耦问题。 此外,本文通过关键机械 参数设计,突破商用流变仪的剪切率限制,实现了最高 3 000 s -1 下的响应时间测量。 基于此,本文设计和制作了一套 MRF 响应 时间检测装置,分析了装配偏心和磁场探针位置引起的误差;测得多种样品在 1~ 3 A 振幅电流下的响应时间为 23 ~ 140 ms,并 发现响应时间随 MRF 浓度增大而先减小再延长,且与外部磁场强度呈负相关。     

电涡流磨粒传感器磁场仿真研究

针对电感式磨粒传感器易受磨粒连续性影响和无法识别磨粒材质的问题,通过增大电感式磨粒传感器中磨粒的涡流作用,提出一种电涡流磨粒传感器。结合有限元软件ANSYS Maxwell建立电涡流磨粒传感器的仿真模型,并对不同材质和尺寸的磨粒进行仿真分析,验证电涡流原理在磨粒监测中的可行性。对不同激励频率及线圈内径的电涡流磨粒传感器进行仿真分析。仿真结果表明:电涡流作用可以识别磨粒尺寸,磨粒产生的涡流作用与磨粒尺寸成三次方关系;电涡流作用可以识别磨粒材质,不同材质的磨粒在相同的磁场环境中产生的涡流作用不同;线圈的激励频率越高,磨粒的涡流作用越大;线圈的内径越大,磨粒的涡流作用越小。     

磁流变离合器及恒矩器的研究

磁流变离合器(MagnetorheologicalfluidsClutch,MRC)是一种利用小电流实现控制的新型离合器,磁流变恒矩器(MagnetorheologicalfluidsTorque converter,MRT)是通过与转矩成线性关系的励磁电流来控制输出转矩大小的控制器,它们在伺服机构、仪表和小型机械上具有广阔的应用前景。针对筒式MRC和MRT,采用Bingham模型进行了线圈电流和输出转矩的计算,对样机磁路结构进行了电磁场有限元仿真分析。通过样机的实验证明,这种新型离合器及恒矩器能传递较大的转矩,具有很好的应用前景。     

GMR array uniform eddy current probe for defect detection in conductive specimens

The usage of eddy current probes (ECP) with a single magnetic field sensor represents a common solution for defect detection in conductive specimens but it is a time consuming procedure that requires huge amount of scanning steps when large surface specimens are to be inspected. In order to speed-up the nondestructive testing procedure, eddy current probes including a single excitation coil and an array of sensing coils present a good solution. The solution investigated in this paper replaces the sensing coils for giant magneto-resistors (GMRs), due to their high sensitivity and frequency broadband response. Thus, the ECP excitation coil can be driven at lower frequencies than the traditional ones allowing defects to be detected in thicker structures.In this work an optimized uniform eddy current probe architecture including two planar excitation coils, a rectangular magnetic field biasing coil and a GMR magnetometer sensor array is presented. An ac current is applied to the planar spiral rectangular coil of the probe, while a set of GMR magnetometer sensors detects the induced magnetic field in the specimens under test. The rectangular coil provides the DC uniform magnetic field, assuring appropriate biasing of the GMR magnetometers of the probe, setting-up the functioning point on the linear region and at the same branch of the GMR static characteristics. The differences on the images obtained for the same specimen for each GMR are reduced if all sensors are biased on the same working point. Elements of the automated measurement system used to inspect the plate under test using the proposed eddy current probe, including a validation procedure based on a 2D template matching algorithm and the corresponding experimental results are included in the paper.     

磁流变液软启动装置的设计

针对当前机械类软启动装置存在的一些问题,提出并设计一种新型的磁流变液软启动装置。建立盘式磁流变传动机构的理论力矩模型;设计磁流变液软启动装置的机械组合结构,详细说明工作原理、散热结构设计和磁路结构设计。设计的磁流变液软启动装置不仅可以满足功能需求,而且降低对驱动电机的要求,体积明显减小,磁流变液在固态和液态之间的毫秒级可逆转化使得软启动装置的响应速度更快,提高了传动效率。     

一种磁流变液性能测试用的凹字型磁路结构设计与研究

剪切屈服应力是反映磁流变液流变特性的主要参数之一,稳定可控的磁场直接影响磁流变液剪切屈服应力的测量精度,因此磁场设计是否合理对磁流变液的流变性能测试具有重要的影响。针对外置式线圈产生的磁场强度较低且存在漏磁现象、对称式线圈中磁流变液装载不便导致测量过程持续性差等问题,设计了一种凹字型磁路,通过调整线圈位置来改变磁场结构,使磁力线垂直穿过磁流变液流动方向,同时可拆卸的组合式磁路设计在保证磁场强度需要的前提下实现了磁流变液的连续性测量。此外,还分析了不同电流下的磁场强度分布规律,并基于优化的磁路开展了磁流变液剪切屈服应力等力学性能参数的测试。与主流标准测试仪器相比,具有凹字型磁路结构的磁流变液测试系统所测得的剪切屈服应力平均相对偏差值约为10%,重复误差在6.34%以内,说明该磁路结构是磁流变测试中磁场装置设计的一种可行方法。