基于磁流变液流变特性的装置具有响应速度快、结构简单以及能耗低等优良特性,因此在机械工程领域中有着广泛的应用。
1、磁流变液应用于传动
磁流变传动(Magneto一rheological Transmission,MRT)是20世纪90年代发展起来的一种新型传动技术,其传动理论基础是磁流变液的流变效应,以磁流变液为传动介质,通过调节外加磁场强度来改变磁流变液的剪切屈服应力,从而改变传递转矩或力的大小。磁流变传动装置具有响应时间短(一般为毫秒级)、传动部件磨损较小、控制简单、控制能源消耗低等特点,是一种较为理想的动力传动器件,其在机械装置启动、制动、转矩调节、无级调速和过载安全保护等方面具有独特的优势。
国内外学者对磁流变液传动装置做了大量的研究。美国Lord公司[制造的旋转式制动器,回转阻力可控、结构紧凑、运行平稳、功耗较低,已用于自行车式和台阶攀登式健身机;美国内华达州大学的BarkanM. Kavlicoglu等研制了双圆盘式大转矩磁流变液离合器;重庆大学的郑军等开发了一种圆柱式磁流变液传动装置,探讨了磁流变液传动流体动力学特性,研究了在稳态及瞬态情况下传动装置的流场分布,并对磁流变液传动装置的响应时间及其影响因素进行了讨论;中国矿业大学的侯友夫等对旋转界面间磁流变液动力传递机理进行了研究,申请了相关磁流变液传动装置的发明专利,并开发了小功率磁流变液传动装置;东北林业大学的丁柏群等设计了一种汽车轮内叶轮式磁流变液制动器,并推导出该制动器的制动
力矩计算方法,所设计的汽车磁流变液制动器能够满足一般小型汽车的制动力矩需求。
2、磁流变液阻尼器应用于减振
磁流变阻尼器可广泛用于各种振动控制系统,具有结构简单、能耗低、体积小、工作连续可逆等优点,能够很好地满足各种场合的需要,可实现实时的主动、半主动控制,特别适合于对重量和空间都有限制的机械装置,加上阻尼器特有的可控性,能实现迅速的无级阻尼力调节,这些优良特性使得这种阻尼器有着广阔的应用前景,可应用于对减振有较高要求的机械装置。Yang Guanggiang等系统地测试了200 kN足尺磁流变阻尼器的阻尼力性能;美国内华达大学以Gorda-ninejad教授为首的科研团队CIMI,实验室开发了双活塞磁路磁流变液阻尼器;李忠献等设计并制作了双出杆的剪切阀式磁流变阻尼器;王洪涛等设计出一种基于被动式双筒液压减振器的盘形缝隙式双筒磁流变液减振器,推导出盘形缝隙式双筒MRD的阻尼力计算模型;王修勇等设计、制作了阻尼力可调范围大、位移不受限制的旋转剪切式MR阻尼器。
3、磁流变液液压阀用于液压系统
磁流变液可以作为液压系统的工作介质,通过给阀加上一定的磁场,当磁流变液经过阀门时,由于受磁场作用的影响,磁流变液的粘度逐渐增大,流经阀门的液流阻力也随之增大,使阀门进口压力增高,由此减缓或停止液体的流动,利用磁流变技术开发的控制阀,没有相对运动的阀芯,要求精度低,制造成本较低、无磨损、寿命长、易于控制等优点,具有较好的发展前景。William Kordons提出了一种液压缸活塞控制运动方法;磁流变在液压传动中的应用主要有磁流变比例控制阀,磁流变可控阀门,磁流变流体溢流阀,磁流变液节流阀等。
4、磁流变液抛光装置应用于精密加工
磁流变抛光是一种用磁场辅助的流体动力抛光技术,磁流变抛光具有抛光效率高、受磁场可控、剪切应力大、磨头无磨损、温度适用范围宽等其他传统抛光方法所没有的优点,并且通过计算机的控制可以实现复杂光学表面的加工。杨建国等对磁流变抛光的两种不同结构的装置进行了优缺点比较,给出了抛光装置的关键部件的设计方法;张学成等研究了磁流变液射流在外加轴向磁场作用下的稳定性。
5、磁流变液应用于柔性夹具
利用磁流变液的流变特性可对形状复杂的工件进行定位和夹紧,以便进行机械加工。Y. Rong等研制了一套柔性夹紧装置,并利用加压技术,使磁流变液的微观结构由单链变成一个粗大的柱状结构,可达800 kPa以上,满足了设计柔性夹具的夹紧力要求;美国Lord公司的Jolly等开发了磁流变液手柄,这种手柄可用于不同形状工件的抓取;Zhang X. Z.等发明了一种磁流变工件夹紧装置;中国科技大学的张先舟等研发了一种磁流变柔性夹具,在0. 3 T的磁场作用下固化后其剪切强度约为40 kPa,转动压杆沿磁场方向加压10MPa,磁流变材料剪切强度达到2MPa,一根0. 1 minx 1 min x20 mm的铁片被夹紧后可以承受50 N以上的拉力;肖璐等研究了用于薄壁件加工的磁流变夹具,通过有限元对夹紧力与切削力以及磁流变液的剪切应力进行了分析,比较了采用磁流变液前后工件变形的区别,最后得出在采用磁流变液后,工件产生的应变减小了约1个数量级;龚政等研究了应用于柔性夹具的磁流变液顶针结构,并取得了较好的效果。
6、磁流变液应用于机械密封
磁流变液密封主要利用磁性液体对磁场的响应特性。把磁性液体注人由高性能的永磁体、导磁性良好的极靴和轴构成的导磁回路中,形成数个液体“0”形密封圈,当磁性液体受压差作用时,会在非均匀磁场中移动,这时不均匀的磁场就会使磁性液体产生对抗压差的磁力进而达到新的平衡,这样就起到了密封的作用。
Kordonsky W. I.等通过实验研究了旋转轴以MRF为密封介质的单密封技术,通过磁场控制密封间隙中MRF的粘度从而达到密封的效果,这与铁磁流体密封原理基本类似,然而其结构更简单、密封性能更好,配合件无磨损、维修更简便。磁流变密封具有严密的密封性和不可测量的泄漏率,其寿命长、可靠性高、无污染,并能承受高的转速、低的粘性摩擦;磁性液体密封即使在中断运行时,也不像弹性密封那样在停机期间受增塑和弛豫的影响。
磁流变液在机械工程中还可以用于特种轴承、机械手、机器人传感器和无级变速器仿人肌肉、人机一体化机构等仿生智能机构上,也可以应用在虚拟现实设备中,如研制基于磁流变液的力反馈数据手套等。 由大天数控加工中心www.hzdtsk.com 整理发表