新型磁流体密封圈的仿真及试验研究

采用对永久磁铁进行径向充磁的方法设计了新型磁流体密封圈,介绍了新型磁流体密封圈的结构和工作原理,利用磁场有限元分析方法对采用径向充磁和轴向充磁的磁流体密封圈的磁场分布进行了分析,给出了磁流体密封圈的磁场分布图,进行了耐压能力的估算及特性的仿真研究,并分别对两种密封圈进行了试验研究,对采用一级、二级、三级磁极的磁流体密封圈进行了试验比较,给出了试验曲线和仿真计算曲线。试验结果表明,永久磁铁采用径向充磁的磁流体密封圈比采用轴向充磁的磁流体密封圈结构简单,体积小,耐压能力高。     

磁流体球形机器人运动特性研究

磁流体是一种形态和性能受外加磁场约束和控制的固液二相功能材料,基于其流变特性设计了磁流体球形机器人,计算了均匀梯度磁场下球形机器人的电磁力以及加速度。利用COMSOL Multiphysics和ADAMS分别对磁流体球形机器人的受力以及滚动加速度进行了仿真,并分析了梯度磁场位置、线圈电流、磁流体体积变化对磁流体球形机器人加速度的影响规律,为磁流体球形机器人的控制提供了理论依据。     

磁场分布对多磨头磁流变抛光材料去除的影响

为研究磁场分布对材料去除的影响,设计轴向充磁异向排布、轴向充磁同向排布、径向充磁异向排布、径向充磁同向排布4种磁铁充磁和排布方式,利用有限元软件Maxwell仿真不同磁场的磁力线分布及抛光轮表面的磁感应强度分布,并采用数字特斯拉计测量实际磁感应强度。对单晶硅基片进行定点抛光试验,检测抛光斑沿抛光轮轴向的去除轮廓及峰值点的表面形貌。仿真和实际磁感应强度检测结果表明,不同磁场分布方式对抛光区的磁场分布有很大影响,磁铁轴向充磁同向排布与径向充磁异向排布时,具有较高的磁场强度和较好的多磨头效果。定点抛光试验表明,采用轴向充磁同向排布与径向充磁异向排布这两种方式时,能实现多点加工,其中轴向充磁同向排布时加工效率较高;但采用径向充磁同向排布时,由于抛光区磁感应强度较低,磁流变微磨头无法对工件进行有效地抛光。峰值点表面形貌检测结果表明,采用不同磁场分布方式时,对工件表面均是以塑性去除方式去除。研究表明,通过优化磁铁充磁和排布方式,可实现多磨头磁流变抛光的加工原理。     

二种形式磁流体密封圈的试验比较

采用永久磁铁进行径向充磁的方法设计了新型磁流体密封圈，介绍了采用永久磁铁进行径向充磁方式和轴向充磁方式两种磁流体密封圈的结构和工作原理，对二种结构密封圈进行了试验比较，给出了试验结果和分析。     

外加磁场对磁流体润滑油膜轴承的影响

为了研究磁流体润滑油膜轴承内磁场的分布情况,分别通过永磁铁、螺线管及亥姆赫兹线圈对其施加3种不同形式的外磁场。通过磁场二维实体有限元模型的数值仿真,分析在3种模型下磁流体润滑油膜轴承的磁场分布特性,并比较磁场在油膜区的分布情况。结果表明,永磁铁模型的磁场主要分布在永磁铁、油膜、轴承座以及靠近磁铁的轧辊部分,螺线管模型的磁场主要分布在油膜、轴承座以及靠近磁铁的轧辊部分,亥姆霍兹线圈模型的磁场主要分布在线圈以及油膜的端部;3种模型在油膜区磁场分布沿轴向均呈现中间小、两端大的不均匀现象,且具有端部效应;永磁铁模型和螺线管模型在油膜区磁场沿径向分布均匀,亥姆霍兹线圈模型沿径向分布不均匀。     

磁流体加速度传感器的特征参量分析

本文给出了一种磁流体加速度传感器的结构,分析了加速度传感器的频率特性,基于最小势能原理对所设计的磁流体加速度传感器进行了有限元动态建模,并得到系统的磁机械耦合动态模型,在此基础上得到了固有频率、静态灵敏度、阻尼比等特征参量,并以此为根据确定加速度传感器的结构参数.最后给出了实验结果,实验结果与理论预测基本相符.     

偏置磁场对磁致伸缩液位传感器检测电压的影响

为了提高磁致伸缩液位传感器的检测精度,研究了磁致伸缩液位传感器中产生偏置磁场的浮子磁铁的放置方式及其对检测电压的影响。利用ANSYS软件对浮子磁铁不同放置方式下形成的偏置磁场进行了有限元分析,分析显示:采用3块磁铁互成120°N极N极S极(NNS)放置或者采用圆环磁铁作为偏置磁场时检测效果比较理想。实验研究了磁致伸缩液位传感器的偏置磁场对检测电压的影响,并在浮子磁铁不同放置方式下进行多次实验。结果表明:偏置磁铁为3块磁铁互成120°NNS放置时或者为圆环磁铁时,检测电压的幅值达到50mV,比其它放置方式提高了近30mV。研究表明:磁致伸缩液位传感器应选择3块磁铁NNS放置或者选择圆环磁铁作为偏置磁场。     

永磁轮式变压器内部检测机器人行走系统设计

为了解决油浸式变压器检修时内部空间狭小人工操作困难的问题，对小型永磁轮式机器人的行走系统进行了研究设计。首先对机器人的工况进行了分析，提出了满足在变压器内表面行走的物理条件，然后对径向和轴向两种充磁方式下圆环形磁铁特性进行了研究，使用ANSYS软件对径向充磁圆环磁铁吸力进行了仿真，探究了磁吸力与磁铁内径、厚度之间的关系，最后基于仿真结果和所提出的行走物理条件设计了机器人磁吸轮。通过样机在模拟变压器内部环境中的试验，证明所设计的基于径向充磁方式的磁吸轮式机器人行走系统在变压器内部具有良好的行走效果。     

可控阻尼磁流体滑动轴承的设计及减振性能研究

设计一种具有可控阻尼效应的铁磁流体轴承。该新型磁流体轴承采用阻尼可控磁流体代替传统普通滑动轴承内外环间隙中的润滑油,可通过外磁场调节内磁流体的黏度阻尼,来控制轴承的振动。建立由伺服电机、涡流传感器和数据采集系统组成的磁流体轴承性能测试系统,研究不同转速和电流下轴承的振动情况。结果表明:在外磁场作用下,磁流体轴承的振动幅度明显减小;同时施加的电流越大,对振幅的抑制作用越明显,表明磁流体滑动轴承的减振效果明显,且其阻尼是可控的。     

基于微纳光纤Sagnac环结构的光学电流传感器的响应特性研究

磁流体具有固体物质磁性及液体流动性的特性,且无本征矫顽力,无剩磁,磁场响应速度快,灵敏度高,将微纳光纤Sagnac环特殊的光传输性能与磁流体独特的磁光特性相结合,提出了一种基于磁流体包覆微纳光纤Sagnac环的全光纤电流传感器.理论推导了传感器的电流传感机理,设计了传感器的封装方法,并对传感器的温度特性和传感特性进行了...     

肠道胶囊式微机器人轴向磁拉力特性

提出一种以径向磁化的瓦状多磁极组成的圆筒式永磁体为外驱动器，以嵌入机器人本体内与外驱动器同磁极结构的永磁体为内驱动器的非接触式驱动控制方案。通过外驱动器的旋转产生旋转磁场，借助于磁机耦合作用，驱动机器人旋转并在其外螺纹表面形成的流体动压力作用下产生轴向推力，进而实现胶囊式机器人在肠道内旋进。基于等效磁荷理论，采用磁荷积分法建立了驱动器的轴向磁拉力模型，对驱动器磁极结构参数与磁拉力的关系特性以及磁拉力与机器人游动关系特性进行了理论与试验研究。     

永磁电火花复合小孔加工抛出颗粒所受磁场力的计算

采用FLUENT软件模拟永磁电火花复合加工中抛出颗粒的排出过程,需要知道颗粒在流场和磁场中不同位置所受的磁场力.圆柱形永磁体与可磁化物体之间的磁场力计算是非常复杂的,但可根据加工过程的实际情况,给出简单实用的计算公式.     

A study of the torque characteristics of small disk brake using magnetic fluid

A magnetic fluid simultaneously has hydrodynamic and electromagnetic properties because its characteristics depend on whether a magnetic field is applied or not. The studies conducted so far on actuators that use a magnetic fluid are insufficient. A magnetic fluid has an added advantage in that it can be applied to small or micro systems because of its nanoscale particle size. Therefore, this research investigated the braking characteristics of a small disk brake that used a magnetic fluid. First, magnetostatic analysis of the magnetic field produced by a permanent magnet was conducted, and then, the pressure distribution in the magnetic acted upon by the magnetic body force from the permanent magnet was analyzed using the governing equations of a magnetic fluid. So, in this research, the torque characteristic of small disk brake by a magnetic body force was studied through the relation between the magnetic field intensity and rotational disk velocity. In addition, the torque characteristics of the brake due to a magnetization of the magnetic fluid were confirmed experimentally.     

基于双稳态磁耦合效应的瓦级高功率电磁振动能量收集器

提出一种基于双稳态磁耦合效应的高密度电磁振动能量收集器,通过引入导磁铁心绕组对中间悬浮磁铁产生非线性磁力,可以产生双稳态势能阱实现低频段工作频带的拓宽。同时,导磁铁心与悬浮磁铁之间的强磁耦合作用能够增强线圈内部的磁通量变化进而提高输出功率。针对双稳态磁耦合振动能量收集器进行动力学建模仿真和试验测试分析,结果表明悬浮磁铁与导磁铁心之间的非线性磁耦合效应促使磁铁在两个势能阱之间进行大振幅的混沌或周期性振动,将工作频率范围拓宽至8～18 Hz。在受到加速度为4g的正弦振动直接激励时,能量收集器的输出功率为1.082 W,达到瓦级高功率输出,有望实现工业物联网传感节点的自供电,助力万物互联。     

轴向磁化双永磁环悬浮轴承静态磁力的研究

永磁悬浮轴承由于结构简单且不需要复杂的位置控制系统而具有相当的应用价值。基于永磁材料的线性退磁曲线,通过对双永磁环的磁路分析,利用间隙磁导的拟合计算公式,采用虚功原理法得到双永磁环轴向静态磁力的解析模型,该解析模型可以计算不同内外径的双永磁环悬浮轴承的轴向静态承载力,并设计了测量双永磁环间隙与磁力关系的实验装置,实验结果表明,永磁环磁力解析模型的计算值和实测值吻合较好,该方法能较好的计算出双永磁环悬浮轴承的静态承载力。     

Design and fabrication of a novel polishing tool for finishing freeform surfaces in magnetic field assisted finishing (MFAF) process

Surface finish is a critical requirement for different applications in industries and research areas. Freeform surfaces are widely used in medical, aerospace, and automobile sectors. Magnetic field assisted finishing process can be used very efficiently to finish freeform surfaces. In this process, magnetorheological fluid is used as the polishing medium and permanent magnet is used to control its rheological properties to generate finishing force during polishing. To avail sufficient magnetic field in the finishing zone, it is necessary to design an optimum polishing tool. In the present study, a specially designed polishing tool is designed using a finite element based software package (Ansys Maxwell^®) based on Maxwell equations. At first, dimension of the permanent magnet is determined for designing optimum tool geometry. After that, dimension and configuration of the magnet fixture are optimized. A special type of metal named mu-metal which is a nickel-iron based alloy is selected for magnet fixture due to its magnetic-field shielding property. Mu-metal directs the magnetic flux lines in such a way that in the finishing zone the magnetic flux can be concentrated on the workpiece surface required for finishing. Also, the Mu-metal magnet fixture shields the magnetic field from outside environment so that MR fluid as well as any surrounding magnetic materials do not stick to the polishing tool. Experiments are carried out to validate the Maxwell simulation results to compare the magnetic flux distribution on the workpiece surface which shows good agreement between them. Also, finishing of flat titanium workpieces are carried out and it is found that the novel polishing tool has the capability to finish the workpieces in the nanometer range.     

Indirect cutting force measurement in the micro end-milling process based on frequency analysis of sensor signals

In this study, a useful indirect cutting force measurement method using an acceleration sensor and current hall sensors is proposed. A series of experiments was performed on a precise micro machining stage with a high-speed spindle. A three-axis acceleration sensor was installed on the spindle head, and current hall sensors were connected to the motor current inlet cables. From the results obtained, the correlations of the tool teeth rotation and current amplitude showed a linearity of 92.0% precision for hall sensor signals, and 98.0% precision for acceleration sensor signals. Even though the results using the acceleration sensor showed better linearity than those of the current hall sensors, the signals can be easily affected by chattering, spindle vibration, and other external disturbances. From this perspective, the current hall sensor can provide more robust results.     

基于磁敏元件的寄生式时栅传感器仿真分析

传统寄生式时栅位移传感器采用线圈传输电信号,不能保证线圈本身及绕线质量,导致寄生式时栅位移传感器体积大、灵敏度低、功耗大。根据寄生式时栅位移传感器的工作原理,选择一种基于磁敏元件代替绕制线圈的方法。用ANSOFT/Maxwell对磁钢和磁敏元件的气隙磁场、磁敏元件与被测齿轮之间的距离、磁钢大小和形状进行仿真,比较分析可知3mm×3mm×2mm的长方体磁钢在气隙为3mm的情况下能够满足磁敏元件的工作要求。     

一种新型霍尔角度传感器的设计与分析

节气门用角度传感器研究逐渐趋于小型化、智能化以及非接触测量。运用图解法对一种基于霍尔的新型角度传感器结构进行了磁路分析,得到磁体的工作点。运用Maxwell工程电磁场软件对该结构进行了有限元磁场分析,并且作了验证比较。最后通过试验,检验了传感器输入角度与输出电压的线性关系。结果表明:这种结构能较好反映角度变化,适于进一步的应用研究。