磁流變傳動理論與試驗研究.pdf

1、磁流變液(Magnetorheological Fluids,MRF)是一種新型智能材料。憑借優(yōu)良的可控流變性能，磁流變液已經(jīng)成為智能材料發(fā)展的一個重要分支，是當今世界智能材料與器件研究的熱點之一，近年來受到國內(nèi)外科學界的高度重視，紛紛投入大量人力物力用于磁流變液材料及器件的研究開發(fā)。由于磁流變技術獨特的機-電耦合性能，使得它在傳動工程領域的啟動、制動、轉矩調節(jié)、無級變速、過載保護等方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，因此在傳動工程領域進行磁流變技

2、術的研究和相關器件的開發(fā)具有廣泛而深入的意義。本文結合磁流變材料及其器件的研究現(xiàn)狀，對磁流變傳動技術進行了深入系統(tǒng)的研究，分析了磁流變傳動的設計理論及磁流變傳動裝置(Magnetorheological Transmission Device,MRTD)設計的相關技術，完成磁流變傳動裝置的各項性能分析，設計和研制了磁流變傳動裝置樣機并進行了相關試驗測試，以期實現(xiàn)磁流變傳動技術的實用化，推動磁流變液在傳動工程領域的應用發(fā)展。具體的研究內(nèi)容

3、如下：
　?、偻ㄟ^回顧磁流變材料和磁流變器件的研究現(xiàn)狀，指出了目前磁流變技術中存在的主要問題，闡述了開展磁流變傳動技術研究的必要性與重要性，介紹了本文將要開展的主要內(nèi)容。
　?、诖帕髯冃c磁流變液性能研究。基于鏈化模型解釋了磁流變效應機理，介紹了磁流變液的組成及制備方法，利用磁流變效應的機理來解釋和分析了磁流變液各項性能及其影響因素。
　?、鄞帕髯儌鲃永碚摷按帕髯儌鲃友b置設計。系統(tǒng)地研究闡述了磁流變傳動理論，討論了磁

4、流變傳動的定義、原理、特點、失效形式及對磁流變材料的要求；系統(tǒng)地研究分析了磁流變傳動裝置的設計理論，包括結構設計理論和磁學設計理論：闡述了磁流變傳動裝置的基本結構型式，分析了磁流變傳動裝置的工作原理，基于 Bingham流體模型建立了傳動裝置傳遞轉矩的計算模型，提出了磁流變傳動裝置磁學設計準則，對磁流變傳動裝置的磁路進行了分析與計算；在磁流變傳動裝置設計理論的基礎上，結合原始設計參數(shù)，完成了磁流變傳動裝置的實例設計，確定了裝置主要的結構

5、參數(shù)和磁學參數(shù)，并對相關設計結果進行了討論。
　　④磁流變傳動裝置性能的理論分析。研究了磁流變傳動裝置的傳動性能特點，并對各項傳動性能的影響因素進行了討論；采用有限元方法對傳動裝置的磁路進行了仿真，得到了磁路中磁場的詳細分布；基于Bingham流體模型及Navier-Stokes方程，建立了磁流變液在傳動裝置中流動的數(shù)學模型，分析了在穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)情況下磁流變傳動裝置的流體動力學特性，包括傳動裝置中磁流變液的流場分布、流場中臨界屈服面

6、的形成和變化及傳動裝置傳遞轉矩的變化；討論了磁流變傳動裝置的動態(tài)響應特性，分析了傳動裝置的電磁回路響應時間和流變響應時間以及各自的影響因素；在傳熱學基礎上對磁流變傳動裝置進行了熱分析，討論了磁流變傳動裝置的發(fā)熱狀況及裝置中的熱傳遞，并通過有限元仿真模擬了傳動裝置的溫度場，得到了裝置的整體溫度分布，為傳動裝置的散熱研究奠定了基礎。
　?、荽帕髯儌鲃友b置采用新型熱管散熱的研究。闡述了發(fā)熱對磁流變傳動裝置的危害和現(xiàn)今常用的散熱方式及其局

7、限；介紹了熱管散熱的優(yōu)點，提出了采用熱管對磁流變傳動裝置進行散熱的新方案；根據(jù)磁流變傳動裝置的整體結構及主要發(fā)熱區(qū)域的特點，設計了一種適用于該傳動裝置散熱的新型熱管形式——整體針翅回轉熱管(Integral pin-fin revolving heat pipe,PRHP)，對該回轉熱管的工作原理、材料選擇、軸向壓強和溫度分布、管內(nèi)液膜分布、充液量、傳熱熱阻、傳熱功率及傳熱極限進行了詳細討論與分析；加工了整體針翅回轉熱管實物，并通過熱管

8、的單管試驗測試了該回轉熱管的性能特點，討論了影響該回轉熱管散熱性能的影響因素，驗證了該回轉熱管工作的有效性；該回轉熱管還可廣泛應用于旋轉機械的散熱。
　　⑥磁流變傳動裝置試驗研究。在理論分析的基礎上，設計并研制了磁流變傳動裝置樣機，對磁流變傳動裝置的空轉力矩、靜特性、調節(jié)特性、恒轉矩特性、傳動效率、動態(tài)響應等傳動性能進行了測試，同時對有、無整體針翅回轉熱管散熱時磁流變傳動裝置的散熱性能進行了對比試驗，驗證了磁流變傳動裝置傳動性能的