电热形状记忆合金与磁流变液复合传动的分析与设计

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现有研究的磁流变传动装置在工作过程中由于受励磁线圈电功率损耗、主从动器件间高剪切作用以及轴承摩擦发热等因素的影响,将导致磁流变传动装置处于环境温度不断升高的工作状态,从而造成磁流变效应下降、剪切力变化不可控甚至传动效率下降等问题。因此,本文基于磁流变液的流变特性和电热形状记忆合金的驱动特性,提出了一种电热形状记忆合金与磁流变液复合传动方法,利用电热形状记忆合金弹簧感温驱动摩擦块与外圆筒壁贴合产生摩擦力矩,有效补偿了高温环境下磁流变液损失的传动转矩。通过利用机械设计方法和电磁场结构仿真技术,进行相关传动机理、传动性能分析、传动器件设计以及相关试验测试方法的研究,为开发传递转矩大、调速范围广、运行可靠高效且对工况温度不敏感的智能传动装置提供了理论基础。论文的主要研究工作如下:  1)介绍了磁流变液的主要材料性能、制备方法以及磁流变传动技术的研究现状,分析了磁流变液在外加磁场作用下的链化机理和流变特性,研究了环境温度变化对磁流变液黏度、屈服应力、热膨胀特性以及剪切应力的影响。  2)介绍了电热形状记忆合金驱动技术的作用原理和国内外研究现状,分析了偏动式形状记忆合金驱动器的设计方法和输出特性,推导了电热形状记忆合金弹簧的时间响应方程。  3)分析了电热形状记忆合金与磁流变液复合传动装置的工作原理,分别推导了电热形状记忆合金弹簧辅助传力方程和圆盘式磁流变传动转矩方程,建立了复合传动装置的传递转矩与外加电流、磁场强度、材料属性、旋转速度以及结构尺寸等参数之间的关系。  4)根据复合传动的传递原理和传力方程,设计了磁流变液传动部分和电热形状记忆合金驱动摩擦块辅助传力部分的关键几何尺寸;结合磁路设计方法,对线圈内置与外置式复合传动装置的磁场分布状况进行了仿真对比分析,从而明确了励磁线圈位置、工作间隙厚度以及主从动器件材料等与磁感应强度的关系。  5)建立了不同电流下形状记忆合金弹簧的电热驱动性能测试实验,验证了电热形状记忆合金弹簧产生驱动力与外加电流及温度之间的关系,并且得到了电热形状记忆合金弹簧的时间响应速率曲线;理论计算得到了圆盘式磁流变液所能传递的转矩,并将所得理论值与实验测试值进行了对比分析。
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