買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 1 頁 目 錄 摘 要 . 2 . 7 1 緒論 . 8 言 . 8 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 8 流變材料的研究與發(fā)展 . 8 流變器件的研究現(xiàn)狀 . 9 狀記憶合金材料的研究發(fā)展現(xiàn)狀 . 10 狀記憶合金驅(qū)動器件的研究發(fā)展現(xiàn)狀 . 10 件組合使用設計研究現(xiàn)狀 . 11 文研究的主要內(nèi)容 . 11 2 磁流變 液 和形狀 記 憶合金材料及 性 能 . 12 流變液的組成 . 12 流變效應機理及特征 . 12 見磁流變液材料及其主要性能 . 14 響形狀記憶效應的因素 . 16 3 動的 動裝置的工作原理 . 17 作原理 . 17 盤空 間的切向剪切傳動 . 19 筒周向傳動 . 31 4 動的 圓盤間擠壓傳動裝置的設計計算 . 42 參數(shù)的 設計 . 42 塞桿強度計算 . 43 塞桿的結(jié)構(gòu)設計 . 44 5 主要設計計算 . 45 塞的設計 . 45 向套的設計與計算 . 45 蓋和缸底的設計與計算 . 46 體長度的確定 . 47 封件的選用 . 48 6 總結(jié)與展望 . 50 結(jié) . 50 作展望 . 50 致 謝 . 52 參考文獻 . 53 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 2 頁 摘 要 本文 介紹了形狀記憶合金和磁流變液性能及其相關(guān)器件的研究發(fā)展現(xiàn)狀，分析形狀記憶合金（ 料的熱效應性能及磁流變液（ 流變特性；磁流變（ 型阻尼器的半主動控制裝置，使用 析 尼器的流體動力學模型 ,分析解決使用粘度本構(gòu)模型在軸對稱擠壓模型運行的 體的速度和壓力分布。從而研究設計熱效應下形狀記憶合金和磁流變液交替?zhèn)鲃友b置的可行性和研究意義。 關(guān)鍵詞： 磁流變液 ； 形狀記憶合金 ；傳動裝置；溫度；傳遞轉(zhuǎn)矩 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 3 頁 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 4 頁 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 5 頁 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 6 頁 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 7 頁 he of a of of of of R of R R s in ax of ey 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 8 頁 1 緒論 言 磁流變液 (簡稱 新型智能材料。磁流變液是由高磁導率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導磁性液體混合而成的懸浮體。 磁流變液在無外加磁場情況下表現(xiàn)為牛頓流體狀態(tài)；在外加磁場的作用下，流體的黏度會迅速發(fā)生顯著變化，其表觀黏度可增大兩個數(shù)量級以上，使得流體的流動屈服應力增大，由流體狀態(tài)轉(zhuǎn)變成為黏塑性狀態(tài)，呈現(xiàn)出類似固體的力學性質(zhì)，從而改變其流變特性 ;但當去掉外加磁場后，流體又從黏塑性狀態(tài)迅速 恢復到原來的牛頓流體狀態(tài)，其中的響應時間僅為幾毫秒。磁流變液的黏度能隨著外加磁場的變化實現(xiàn)連續(xù)無極變化，可實現(xiàn)實時控制，能耗小且具有較高的屈服應力、溫度適應性強、響應時間短、穩(wěn)定性好、低電壓需求等優(yōu)點。磁流變液的優(yōu)良的流變特性，孕育著許多創(chuàng)新的應用，隨著磁流變液性能的提高和研究的發(fā)展，磁流變技術(shù)開始應用于航空航天、機械工程、汽車工程、精密加工工程、控制工程等領(lǐng)域。 形狀記憶合金 (簡稱 是 近年來興起的 智能 金屬材料 ，具有鐵彈性、超彈性及形狀記憶效應等特殊力學行為。 形狀記憶合金低溫時在外力作用下產(chǎn)生塑性變形 , 隨著溫度的升高又會發(fā)生使材料恢復原狀的逆變形 , 在逆變形過程中 , 形狀記憶合金可以對外產(chǎn)生較大的回復力 , 故可以利用它的回復力來對外做功，制成感溫智能驅(qū)動器。 因為它具有如此誘人的特殊性能，迅速在 機械、電子、化工、宇航、能源和醫(yī)療等許多領(lǐng)域 獲得 了 廣泛的應用。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 流變材料的研究與發(fā)展 美國學者 于 1948 年發(fā)明 了磁流變液材料。 從 50 年代到 80 年代，電流變學成為人們關(guān)注的熱點， 成功研制出了不同的電流變材料和器件，而磁流變技術(shù)一直處于停滯不前的狀態(tài)，很少引起人們對此領(lǐng)域的關(guān)注。 進入 90 年代，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 9 頁 隨著科技的發(fā)展， 人們發(fā)現(xiàn)了磁流變液性能比電流變液更優(yōu)，比如剪切應力比電流變液大一個數(shù)量級、要求電源電壓小、具有良好的動力學穩(wěn)定性及溫度穩(wěn)定性等，因此 磁流變液的研究重新得到了重視和發(fā)展 ，對磁流變液的研究從初始的探索性研制向規(guī)模化、商業(yè)化方向發(fā)展。 在磁流變液的制備方面，美國 料公司的研究人員在磁流變液及應用研究方面取得了突出成果，如 等人對磁流變器件進行了研究 , 并申請了磁 流變阻尼器及減振器、制動器等的多項專利 ; 人對磁流變液材料的流變行為及磁流變液減振器的擠壓模型進行了研究，并且 料公司已有商品化磁流變液材料上市。 美國通用汽車公司 等人 研究了磁流變液的制備方法 。 在磁流變液性能方面， 英國 學 等人研究了在 外 力作用下磁流變液的性能。 等人的研究表明，外磁場強度增加時，磁流變液的磁化強度首先迅速增加，隨著磁場強度的進一步增強，磁化強度的增加趨于緩慢，最后完全飽和； 我國復旦大學的潘勝 6等研究表明，磁 流變液的流變性具有較大溫度范圍內(nèi)（室溫至 150）的穩(wěn)定性； 南京航空航天大學翁建生 7等人從唯象角度研究了磁流變液的流變力學特性 。 流變器件的研究現(xiàn)狀 磁流變器件是利用磁流變效應的特長，并與機械設計方法相結(jié)合，開發(fā)的智能器件和裝置。根據(jù)已有的文獻，利用磁流變液的磁流變效應的特點，磁流變液可以用于汽車振動控制、阻尼器、離合器、制動器、拋光裝置以及醫(yī)療器件等。 由于磁流變效應具有響應迅速和易于控制的特點，近年來國內(nèi)外興起了磁流變液裝置的研究設計熱，將磁流變液器件作為電氣控制與機械系統(tǒng)間簡單而安 靜的中間裝置，這些裝置包括阻尼器、制動器、離合器、拋光裝置、閥、密封裝置、復合構(gòu)件、柔性夾具等。美國的 司、 究所和美國內(nèi)達華大學的工作較為出色，已經(jīng)有多種商品化的磁流變液及應用器件上市，如汽車座椅減震器、飛機機翼減震支座和應用于健身器材的各種阻尼器等。美國德爾福 (司利用 司研發(fā)的磁流變阻尼器，開發(fā)了汽車磁流變阻尼懸架系統(tǒng) 產(chǎn)品獲得了 1999 年度世界一百大科技成果獎。 近年來，國內(nèi)對買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 10 頁 磁流變液的研究也取得了一些成果， 鄒繼文等人基于 紹磁流變離合器的原理，分析磁場強度對轉(zhuǎn)矩的影響，建立轉(zhuǎn)矩的計算公式，為磁流變離合器的設計提供理論依據(jù) 8。 徐曉美 9等人研究了一種圓筒式磁流變液離合器的結(jié)構(gòu)設計，基于 分析了磁流變液離合器的工作原理 ;建立了圓筒式磁流變液離合器傳遞轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)速的計算模型 ,并導出了其設計計算公式。黃金、麻建坐 10人建立了圓筒式磁流變離合器的幾何設計方法 ,得到了磁流變液傳遞的轉(zhuǎn)矩和兩圓筒間能產(chǎn)生磁流變效應的最小間隙的 設計計算公式 ,為離合器的幾何設計奠定了理論基礎。 狀記憶合金材料的研究發(fā)展現(xiàn)狀 1962 年，美國海軍軍械研究所的 12發(fā)現(xiàn)了 金中的形狀記憶效應，才使得形狀記憶效應得到廣泛的應用。 從 20 世紀 70 年代 開始 ，相繼開發(fā)出了 、 和 形狀記憶合金； 80 年代開發(fā)出了、不銹鋼基等鐵基形狀記憶合金，由于其成本低廉、加工簡便而引起材料工作者的極大興趣。 迄今為止，已經(jīng)開發(fā)出具有形狀記憶效應的合金有100 多種?，F(xiàn)在，形狀記憶合金 以其奇異的形狀記憶和超彈性等力學性能，以及優(yōu)異的抗化學腐蝕性能和生物相容性能而被廣泛地應用于土木、機械、控制、電子等工程領(lǐng)域中，如減震器、管結(jié)頭、驅(qū)動器、微型繼電器等 ;應用于介入治療、整形外科和牙科等醫(yī)學領(lǐng)域中，如腔道和血管支架、接骨固定器、牙齒矯形絲等 金具有優(yōu)異的形狀記憶和偽彈性性能、良好的力學性能、耐腐蝕性和生物相容性以及高阻尼特性，是目前應用最為廣泛的一種形狀記憶合金，應用范圍已涉及航天、航空、機械、電子、生物醫(yī)學等領(lǐng)域。目前 廣泛應用于機械、能源、交通、航空、航天、生物醫(yī)學和日常生 活等領(lǐng)域。 狀記憶合金驅(qū)動器件的研究發(fā)展現(xiàn)狀 從上個世紀九十年代初開始，形狀記憶合金在國內(nèi)成為研究的熱點，在工程領(lǐng)域形狀記憶合金多用于驅(qū)動器件上，而形狀記憶合金螺旋彈簧由于行程長回復力大成為最常用的形狀記憶驅(qū)動元件。賈寶賢 13等人介紹了形狀記憶合金螺旋彈簧的設計原理、方法及發(fā)展現(xiàn)狀 ,對三種常用的設計方法（表觀設計法，圖解設計法，回歸分析法）進行了比較和討論，并給出建議：當只考慮 T 完全馬氏體狀態(tài)和 T 150C 150C 150C 工作溫度 +130C +130C +130C 圖 服應力與磁場強度的關(guān)系 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 15 頁 圖 服應力與磁場強度的關(guān)系 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 16 頁 響形狀記憶效應的因素 合金成分 148 合金成分是影響形狀記憶特性的首要因素。增加 量 (量不超過51 )可使合金的相變點下降，同時母相的屈服強度提高。從相變點與 量的相互關(guān)系來看，一般 量增加 相變 溫度將降低 10 左右。加入 換 V、 換 元素可使合金相變點向低溫側(cè)偏移。 加入可以提高合金的超彈性； V 元素可以提高合金的屈服強度和超彈性； 素可增大合金的相變滯后；加入 使合金的相變滯后減小并降低馬氏體的變形應力，但相變溫度基本不變。而提高馬氏體相變溫度的元素大多為第 副族和第 族元素，如 代 代 。 加工處理方法 149 金的記憶效應與加工處理履歷有很大關(guān)系，記憶特性 的實現(xiàn)必須通過記憶處理。記憶處理可以先在一定溫度 (通常大于 為能夠出現(xiàn)應力誘發(fā)馬氏體的最高溫度 )下熱成型，隨后進行記憶熱處理；也可以在低溫下變形，約束變形后的形狀在一定溫度下 (處理以實現(xiàn)合金的記憶功能。通過不同加工處理， 金可以獲得不同類型的形狀記憶效應。 形變 150 在馬氏體狀態(tài)下施加的形變 (包括卸載后的殘余變形和預應變 )對 金隨后加熱時的形狀回復溫度和回復率有重大影響。形變提高了 金馬氏體的穩(wěn)定性，可顯著提高逆轉(zhuǎn)變溫度 則影 響不大。 約束狀態(tài) 151 約束狀態(tài)和熱循環(huán)等對 金的形狀記憶特性也起著一定的影響作用，憶合金元件在受載狀態(tài)下，相變溫度會有所提高，但形狀回復率會下降。 輻射 151 當環(huán)境溫度在常溫附近時，中子輻射會抑制鈦鎳合金的馬氏體相變，輻射后在 523K 下退火處理可以消除這一影響。當環(huán)境溫度在 423 K 以上時，中子輻射幾乎不會對鈦鎳合金的形狀記憶行為產(chǎn)生影響。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 17 頁 3 動的 動裝置的工作原理 作原理 熱效應下由形狀記憶合金驅(qū)動的磁流變液在兩平行圓盤間的擠壓傳動原理如圖 過加熱形狀記憶合金彈簧可以產(chǎn)生軸向力把活塞前向推動，從而使工作間隙內(nèi)充滿磁流變液。利用磁流變液屈服應力可由外加磁場連續(xù)控制的特點，在一定的條件和范圍內(nèi)實現(xiàn)擠壓力的無級調(diào)節(jié)。 磁流變液主要由固體顆粒、載液油和穩(wěn)定劑 3部分組成。在一定強度的外加磁場作用下其流變特性會發(fā)生劇變，表觀黏度在瞬間增加幾個數(shù)量級，成“固化”狀態(tài)；而在無磁場作用的狀況下表現(xiàn)為一般牛頓流體的流動特性；并且通過對外加磁場的控制，磁流變液的“固化”反應是連續(xù)、可逆的 。因此，憑借其反應迅 速、連續(xù)、可逆而且方便與計算機技術(shù) 結(jié)合進行控制的特性，磁流變液已經(jīng)成為智能材料發(fā)展的一個主要方向，是當今世界智能材料與機構(gòu)研究的熱點之一。 磁流變液傳動器件的工作原理 本論文中研究的圓盤式磁流變傳動器件的工作原理如圖 入軸在外接動力源的帶動下驅(qū)使主動盤旋轉(zhuǎn)。當電磁線圈無電流時，磁流變液呈 體中散砂似的懸浮粒子不阻礙主動盤與從動盤之間的相對轉(zhuǎn)動，此時，傳遞轉(zhuǎn)矩僅是很小的流體黏性阻力矩。然而，當電磁線圈通入電流后，磁流變液買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 18 頁 中的懸浮粒子在磁場作用下產(chǎn)生磁化，沿磁通的方向相互吸引形成鏈狀。這種鏈狀結(jié)構(gòu)增大了磁流變液的剪切應 力，依靠這種剪切應力來傳遞轉(zhuǎn)矩，通過改變磁場強度的大小而改變傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。 在圖里面的磁性體里面加入活塞，活塞里面的彈簧用形狀記憶合金代替，把磁流變液推入流體腔 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 19 頁 盤空間的切向剪切傳動 工作原理 形狀記憶合金驅(qū)動的磁流 變液在兩圓盤空間的切向剪切傳動如圖 示。加熱形狀記憶合金驅(qū)動彈簧，使形狀記憶合金驅(qū)動彈簧軸向伸長，從而驅(qū)動磁流變液進入主動盤和從動盤之間形成的工作腔中。當勵磁線圈通入電流后，磁流變液中的懸浮粒子在磁場作用下產(chǎn)生磁化，沿磁場方向相互吸引形成鏈狀，這種鏈買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 20 頁 狀結(jié)構(gòu)增大了磁流變液的剪切應力，依靠這種剪切應力實現(xiàn)主動圓盤與從動圓盤之間的轉(zhuǎn)矩的傳遞。在低溫下形狀記憶合金驅(qū)動彈簧被壓縮，在離心力和工作腔中壓縮空氣的作用下，磁流變液通過導管流回儲油腔中保存起來。 流動模型 磁流變液在兩圓盤間的剪切模型如圖 示， 磁流變液工作在內(nèi)外半徑分別為 2、相距為 h(hr)的兩個平行圓盤的間隙中。主動盤以角速度 1 沿圓盤間的磁流變液受到剪切，從而帶動從動盤以角速度 2 轉(zhuǎn)動。設磁流變液在兩圓盤間的平行流動中，磁流變液沿徑向和和軸向沒有流動( 0 ， 0 )，磁流變液的切向速度 u 是 z 和 u =u(z, r)。 控制方程與邊界條件 柱坐標下，磁流變液在兩圓盤間沿 方向的運動方程為 170 1 1 2r r zr z ru u u u u u u pu u ft r r z r r r r z r (式中， 是磁流變液密度； u 為切向 速度； t 為時間； 徑向速度； f 為 方向的質(zhì)量力； 為應力張量。 圖 狀記憶合金驅(qū)動的磁流變液在兩圓盤間的剪切傳動 R MA h MR il MA r 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 21 頁 圖 流變液在兩圓盤 間的周向流動 R 于如圖 所示的磁流變液在兩平行圓盤間的受剪流動，假設磁流變液為不可壓縮流體，磁流變液對稱穩(wěn)態(tài)流動 ( 0， 0t)，流速只沿切向分布，忽略質(zhì)量力，無外加應力，則方程 (簡化為 2 0rz rr z r (式中， 由式 (知，磁流變液在兩平行圓盤之間的流動是一個二維問題。在這種情況下，磁流變液的切向速度 u是 r 和 z 的函數(shù)，即 ( , )u u z r 。根據(jù)假設條件，可知 0u ，也就是說流速分量 u在 方向并不變化，沿各坐標方向的流速為 0( , )0r z (式中， r 為微圓環(huán)的半徑， ( , )是磁流變液在圓盤厚度方向的角速度，它是 z和 r 的函數(shù)。 由于磁流變液在兩圓盤間的流動方程 (一個非線性偏微分方程，剪切速率受兩個方向的速度梯度的影響，無法得到解析解，因此必須應用數(shù)值解法。然而，一維本構(gòu)方程（如 ）無法運用于數(shù)值解法。由本文第二章的分析可知，在外加磁場作用下，磁流變液的三維本構(gòu)模型可表示為 ( 2 )0( 2 ) 0i j j J (1 2 h z 2 0 z r 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 22 頁 式中，應變張量， G 是未屈服部分材料的彈性模量； 是被 屈服液體的粘度；y為屈服應力，)2(應變率張量， ( 2 ) ( 2 )22 J 。方程 (一維形式為 1 2 1 2121 2 1 212( 2 ) (當12 時，式 (為 構(gòu)模型。然而，在本構(gòu)方程 (，當剪切應變率趨于零時 (12 0 )，表觀粘度 (12y)趨于無窮大，從而導致不連續(xù)，在數(shù)值計算中無法得到數(shù)值解。為了避免這種情況， 74對 型進行了修正以近似 表達磁流變液的流變行為 ( 2 )( 2 )yi j i (式中， 為修正系數(shù)。經(jīng)過修正系數(shù) 的修正，在 型中類似固體未屈服的材料近似地由很高粘度的液體代替，如圖 示。 圖 型 柱坐標下應變率的一般形式為 212121212121)( ， 應變率各分量由速度分量表示，則 y減小 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 23 頁 11 1 1()()221 1 1 1 1 1 1( ) ( )221 1 1( ) ( )22r r r z u z rr r ru u r r r r z u u ur z r z z (偏應力張量在極坐標系下的一般形式為 000根據(jù)假設條件和式 (方程 (化為 1 ( , )0 ( ) 021 ( , ) 1 ( , )( ) 0 ( )221 ( , )0 ( ) 02r z (變形率的第二不變量為 2 2 2( 2 )221 ()41 ( , ) ( , ) 4r z z r r z z r z (由于只有兩個非零的變形率張量和應力張量分量，因此它們可以表示為矢量形式 ， 12 (為了簡化，式中用 代替 ( , )表示 速度。 結(jié)合方程 ( (得到 構(gòu)方程 (簡化形式為 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 24 頁 222 (假設與主動盤相接觸的磁流變液的流速與主動盤轉(zhuǎn)速相同，1，沿從動盤方向磁流變液的流速遞減并在從動盤處流速與從動盤轉(zhuǎn)速相同，2。假設磁場只分布在內(nèi)外半徑之間。沒有外加磁場時，磁流變液的屈服應力為零0 0y H ，此時磁流變液表現(xiàn)為牛頓流體?；谝陨霞僭O，要用到牛頓粘性方程 。由于兩圓盤間的間隙很小，所以假設在頂部與底部之間速度承線性分布，于是，邊界條件為 2 1 21 1 212121222( 0 , ) ( , ) ( , ) 0( , ) 0r R r Rh r R r z z z z (引入以下無量綱參數(shù)以使運動方程、本構(gòu)方程和邊界條件無量綱化 ，1 ，1 ，1 ，1 ， rr h ， zz h (使用這些無量綱參數(shù)，得到方程 ( ( (無量綱形式為 2 0 z r (2211 2 (3. 15b) 2 1 2121 2 22 2 2 ( 0 , ) ( 1 , ) 1 ( , ) 1 0 1 ( , ) 1 0 1r R r r z z z (3. 15c) 流動分析 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 25 頁 由于無法解得偏微分方程組 (3. 15a)和 (3. 15b)的解析解，故應用有限差分法求解方程組 ( (數(shù) 值解。在此方法中，速度偏導數(shù)由有限差分公式代替，因此，偏微分方程組簡化為一個代數(shù)方程組。只在節(jié)點處進行計算，而其他區(qū)域不參與計算，如圖 示。 圖 算區(qū)域及節(jié)點 算步驟如下 (1)由方程 (到 和的解析式。上述偏導數(shù)是速度的方程。 (2)速度偏導數(shù)由有限差 分公式代替。無量綱化的速度偏導數(shù)為 2222222 ( , 1 ) ( , 1 ) 2 ( 1 , ) ( 1 , ) 2 ( , 1 ) 2 ( , ) ( , 1 ) ( 1 , ) 2 ( , ) ( 1 , ) ( 1 , 1 ) ( 1 , 1 ) ( 1 , 1 ) ( 1 , 1 ) 4j i j i j i j i j i j i j i j i j i jr z h h 也用到。 (, )為節(jié)點 ),( 速度； 別為 r 向和 (3) 方程 (偏導數(shù)由代數(shù)方程代替。 j=1 i=1 j=m i=n j i z=0 z=h r=R1 r=R2 i, j hz hr i+1, j j i, i, j+1 i+1, j+1 i+1, j+1 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 26 頁 (4) 編寫第 3 步中代數(shù)方程的 碼。運用方程 (出的邊界條件，求得每個節(jié)點的速度值。 基于上述理論，應用迭代有限差分法 并用 寫程序計算獲得角速度分布等值線，如圖 示。分析計算中假設已知以下參數(shù)：1 25 ，2 50 ， 1 ， P a s ，1 1 0 0 s ，2 2 0 s ， 50 。從以上參數(shù)中可以求得無量綱參數(shù)為：1 25R ，2 50R ，2 ， 1785， 。 需要說明的是，厚度 h 遠小于徑向距離 12 ，但是為了說明的目的，尺寸并沒有按比例繪制。 5 10 15 20 25 30 35 40 45 505101520253035404550圖 速度分布等值線 he of 10 15 20 25 30 35 40 45 5051015202530354045500 h 1 r h 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 27 頁 由圖 知，磁流變液在兩平行圓盤間剪切流動的角速度 ( , )在半徑 此可以假設 ( , ) 0z r r ，角速度只是 z 的函數(shù)。于是，運動方程 (進一步簡化為 0 (積分 (得 1z c (式中，1 (可知，在兩平行圓盤間作剪切流動的磁流變液受到剪切應力處處相等。如果工作間隙中的磁流變液有一處地方作剪切屈服流動，則處處做剪切屈服流動，反之，如果有一處未 屈服則處處未屈服。經(jīng)過簡化后的運動方程 (，形式更簡單，為了簡化計算過程，可采用一維本構(gòu)方程來描述磁流變液流變行為。一維流動本構(gòu)方程可由 型來描述 0s (式中， m 、 為大于零的常數(shù)，由實驗確定。剪應變率 為 d ( )d zr z (當 時，磁流變液處處未屈服，類似固體。工作間隙中的磁流變液的運動角速度處處相等且等輸入和輸出角速度 12()z (當 時，工作間隙中的磁流變液處處作剪切屈服流動，將式 (入 ( 11d ( ) 1 (積分 (，并應用邊界條件：在 z=0 處， 2)( z ；在 z=h 處， 1)( z 。得流動角速度方程為 122 ()() zz h ( 傳遞轉(zhuǎn)矩 對于如圖 所示的磁流變液在兩圓盤間的流動，設圓盤的工作面積為半徑從 圓環(huán)，在半徑 r 處取一微圓環(huán)面積 生的作用力為 為磁流變液的剪切應力；傳遞的轉(zhuǎn)矩為 有 dM= 可知整個圓盤能傳遞的轉(zhuǎn)矩為 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 28 頁 2122 r r (兩平行圓盤間磁流變液 的傳遞轉(zhuǎn)矩由兩部分組成，分別為磁流變液本身粘度產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 M和由磁流變屈服應力 y 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 設兩圓盤工作間隙中的磁流變液全部屈服作剪切流動，則由方程 ( ( (磁流變液粘度產(chǎn)生的傳遞轉(zhuǎn)矩 M為 22112 3 3 12212 2 ( ) ( )3RR m m mM d M r d r R (假設磁場強度在工作間隙中均勻分布，則由磁流變屈服應力 y 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩22112 3 3212 2 ()3 y yM d M r d r R R (所以在兩圓盤間，磁流變液傳遞的轉(zhuǎn)矩為 3 3 3 3 122 1 2 12 2 ( ) ( ) ( )33 m m M R R R ( 計算結(jié)果與分析 分析計算中磁流變液材料選 度 =s ，其剪切應力與剪應變率的關(guān)系如圖 示。假設磁流變液工作間隙的內(nèi)外半徑分別為0 5 作間隙 h=1大輸入角速度為 1300s。根據(jù)式 (算得無磁場作用時稀釋系數(shù) m 對兩平行圓盤間磁流變液的最大粘性傳遞轉(zhuǎn)矩的影響，如圖 示。當稀釋系數(shù) m 分別為 1 時，最大粘性傳遞轉(zhuǎn)矩分別為 圖 知，稀釋系數(shù) m 對磁流變液的粘性 傳遞轉(zhuǎn)矩有很大影響。 圖 切應力與剪應變率的關(guān)系 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 29 頁 根據(jù)式 (算得磁場強度對兩平行圓盤間磁流變液傳遞轉(zhuǎn)矩的影響，如圖 示。由于傳遞轉(zhuǎn)矩由磁流變液屈服應力產(chǎn)生而粘性轉(zhuǎn)矩很小，于是可設m=1， Pas。當磁場強度分別為 50m、 100m 和 150遞轉(zhuǎn)矩分別為 達到飽和磁場強度 200m 時，傳遞轉(zhuǎn)矩為 19 倍于零磁場時的最大粘性傳遞轉(zhuǎn)矩 圖 磁場作用下傳遞轉(zhuǎn)矩與 m 的關(guān)系 m no 遞轉(zhuǎn)矩與磁場強度的關(guān)系 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 30 頁 在外加磁場作用下，磁性金屬顆粒沿磁力線方向形成鏈狀結(jié)構(gòu)。這種鏈狀結(jié)構(gòu)限制了流體的運動，因此改變了流體的流變行為。這種限制載液流動的結(jié)構(gòu)的形成即是磁流變效應。磁性金屬顆粒通常由羰基鐵，鐵粉，鐵 /鈷合金等磁飽和強度高的材料制成。磁流變液中的磁性金屬顆粒體積百分含量可高達 50。磁性金屬顆粒的尺寸取決于生產(chǎn)方法，通常是微米級的。對于不同的用途，可以選擇和組合不同的顆粒尺寸。羰基鐵顆粒的大小通常在 1米之間。一般地，磁性金屬顆粒越大和百分含量越高磁流變液在外加磁場作用下所能提供的扭矩越大，但同時磁流變 液在零磁場下的粘度也越高。因此，材料的成分對磁流變效應的影響非常大。 添加劑包括穩(wěn)定劑和表面活性劑。添加劑能起到分散磁性金屬顆粒、防止流體觸變、改進摩擦、防止腐蝕和磨損等作用。油脂或其他防觸變添加劑可以用于改善磁流變液的穩(wěn)定性、防止磁性金屬顆粒沉淀。亞鐵可以作為分散劑，硬脂酸鈉或硬脂酸鋰可作為防觸變添加劑。添加劑要求能夠控制液體的濃度、顆粒間的摩擦和沉淀并且在設計使用壽命期間性能穩(wěn)定。 電流變效應的發(fā)生取決于靜電場，而磁流變效應取決于磁場。磁流變產(chǎn)品的控制精度比等效電流變產(chǎn)品高 20 至 50 倍。所有這些磁流變技 術(shù)的優(yōu)勢使得基于磁流變技術(shù)的器件越來越引起科研人員的興趣。由于解決了一些工業(yè)問題，對于磁流變液的應用無論是技術(shù)還是商業(yè)利潤方面都已變得非常有前途，使得磁流變技術(shù)持續(xù)不斷地發(fā)展。電流變液和磁流變液主要性能的比較如表 示。 磁流變液的組成內(nèi)容主要包括三個基本部分，分別為：基礎液、磁性金屬顆粒和添加劑。 基礎液的主要功能是作為磁性金屬顆粒和添加劑的載液，對磁性金屬顆粒進行