多盘式磁流变离合器磁路设计与仿真

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机械设计与制造Machinery Design & Manufacture第 9期2013年 9月多盘式磁流变离合器磁路设计与仿真王 建 ，林尚飞 ，宋宝成 。，高 鸽 ，杨 健(1．中国矿业大学 机电工程学院，江苏 徐州 221008；2．泰山玻璃纤维有限公司，山东 泰安 271400)摘 要：磁流变离合器是通过磁流变液的剪切应力进行传递转矩的器件。对多盘式磁流变离合器进行磁路的设计 .

首先应用磁路欧姆定律，结合考虑不产生磁路磁饱和效应，初步确定磁路结构参数并采用有限元分析的方法对磁路进行仿真，对不同磁导率的磁轭材料进行分析。仿真结果表明绝大多数磁感线都通过 多盘式离合器的磁流变液工作面，并且在相同条件下，相对磁导率较高的磁轭材料可以提高工作间隙的磁感应强度。

关键词：磁流变液；离合器；磁路设计；有限元仿真中图分类号：TH16；TM574．6 文献标识码 ：A 文章编号：1001—3997(2013)09—0046—03Design and Simulation of Magnetic Circuit in a Multi-DiscMagnet0一RheOIOgical Fluid ClutchWANG Jian ，LIN Shang-~i ，SONG Bao—cheng ，GAO Ge ，YANG Jian(1．College of Mechanical and Electrical Engineering，China University of Mining and Technology，Jiangsu Xuzhou 221008，China；2．Taishan Fiberglass Co．，Ltd，Shandong Taian 27 1 400，China)Abstract：A magneto theological(MR)clutch is a device to transmit torque by the shear stress ofMRfluids．Magnetic circuitofmulti-plate magneto-rheologicalfluids (MRF)clutch isfirstly designed，and both the magnetic circuit Ohm’S law and therule ofavoiding magnetic saturation were applied in the calculation of structural parameter．And with emulation ofmagneticcircuit by finite-element analysis，which is folowed by the analysis of magnet yoke materials with diferent magneticpermeability．The results of emulation show that most of magnetic induction lines pass through the 0 ， ．， e of magneto—theologicalfluids．Magnet yoke materials with high relative permeability COlt improve the magnetic induction in working gapunder the sn conditions.

Key W ords：MRF；Clutch；MagneticCircuitDesign；FiniteElemeatSimulation1引言磁流变传动(Magneto—rheological Transmission，MRT)是 20世纪90年代发展起来的一种新型传动技术，它以磁流变液为传动介质，通过调节外加磁感应强度，来改变磁流变液的剪切屈服应力，进而控制传递转矩的大小。多盘式磁流变离合器是一种新型的磁流变传动装置，它采用多组圆盘传动形式，具有传递扭矩大，传递效率高，可控性强等特点。离合器中磁流变液特性的发挥与通过磁流变液的磁场方向和大小有着直接的关系，因此，合理的磁路设计及合适的材料选取对离合器的总体性能有着重要影响。文献口对圆筒型磁流变离合器的进行磁路设计研究；文献 寸圆盘式磁流变离合器进行了磁路的设计。然而，目前尚未出现对多盘式磁流变离合器的磁路进行相关设计与仿真分析。将对多盘式磁流变离合器进行磁路设计和仿真研究，揭示励磁电流和导磁材料对工作间隙磁感应强度的影响规律，以期为磁流变离合器的设汁提供参考依据。

2多盘式磁流变传动装置多盘磁流变离合器结构示意图，如图 1所示。主要由主从动轴、主从动盘 、导磁外壳、导磁侧板、主从动转子、距离套、线圈等组成。主、从动盘间形成工作间隙，工作间隙内充满磁流变液。线圈沿工作间隙周向环绕，所产生的磁场垂直通过工作间隙。当线圈中无电流时，磁流变液为流动性良好的牛顿流体，仅靠液体的粘性传递较小的转矩，此时主、从动盘处于分离状态 ；一旦线圈通人电流后，将会在工作间隙内产生磁场，使得磁流变液发生流变效应，瞬间转变为类固体状态，并呈现出较大的剪切屈服应力，此时，主动盘通过磁流变液的剪切屈服应力将扭矩传递给从动盘。

磁流变效应随着磁感应强度的增大而增强，因此可以通过控制输入电流的大小来调节传递扭矩。

3磁路分析及计算3．1磁路构成多盘式磁流变离合器磁路结构，如图 2所示。整个磁路基本由6个部分组成，①、②为导磁外壳，③为空气隙，④为导磁侧板，⑤为工作间隙，⑥为传动圆盘。其中①、③、④、⑤、⑥为轴向磁路，②为径向磁路。线圈通电后，磁力线将在导磁外壳、空气隙、工作来稿日期：2012—11—04基金项目：国家自然科学基金项目(50975275)作者简介：王 建，(1988一)，男，山东泰安人，在读硕士研究生，主要研究方向：多盘式磁流变传动装置设计与陛能分析

52 机械设计与制造No．9Sept．201 3刚度激励引起的振动对系统精度的影响。

LMS采用正弦曲线拟合算法，保留了更多的数据信息，其振幅大于理论解，说明碰撞引起的弹性变形要大于刚度激励引起的振动对系统精度的影响。

5结论对于动力伺服刀架中齿轮零件，综合应用NX、ADAMS、MTLAB对由齿轮几．何偏心引起的系统转角误差进行了分析，得出：(1)动力学方式计算齿轮几何偏心对系统传动精度产生的影响，结果为转角误差出现周期性变化，其周期与啮合线增量法计算结果一致；(2)编写 Cmd文件，应用 ADMAS动力模块分析齿轮几何偏心产生的系统转角误差是一种高效准确的分析方式，且试验结果可复现，此方法适用于复杂系统误差分析。

(3)系统运动过程中刚度激励、弹性变形同样影响齿轮传动精度，并反映在计算数据中。利用切比雪夫滤波器能有效提取分析关注的频率范围，得到平滑数据曲线；利用LMS算法可以有效保留数据相位信息。

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(Jiang Fu-yan．Modern Gear Processing Technology lMj．Beijing：Aviation Industry Press，1994．)(上接第48页)5结论(1)通过磁路仿真，可以看到大部分磁力线都垂直通过磁流变液工作面，且工作面间磁力线基本均匀，达到预期设计目的。(2)工作间隙的磁场沿径向分布基本J匾定，磁感应强度平均值满足设计要求。(3)工作间隙中的磁感应强度随励磁电流的增大而增大，随材料磁导率的增加而增强，设计中可根据需要进行合理选择。

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