磁流变跑步机的理论设计

磁流变跑步机的理论设计答辩人:梁利强专业:应用物理学导师:门守强

论文框架1绪论磁流变液的组成和工作原理磁流变跑步机的理论分析磁流变跑步机的磁路设计结束语致谢233456磁流变液的背景

。

二十世纪四十年代，美国Rabinow首次发现磁流变现象。磁流变液是在外加磁场作用下其黏性、塑性等流变特性发生急剧变化的材料。在不加磁场时，它表现为牛顿流体；在外加磁场作用下，它能在瞬间（毫秒级）从流动的液体变成半固态或者固态，其黏度急剧增大以至失去流动性，表现出Bingham塑性体的行为，呈现可控的屈服强度，而且这种变化是可逆的。磁流变液的这种特殊性能使其在机械、建筑、汽车等领域具有广泛的应用前景。磁流变液制动器是利用磁流变液的流变特性随外加磁场的变化而急剧变化的特长和机械设计方法相结合而开发的新型制动器，这种制动器的制动力矩可由外加磁场连续控制。本文主要研究的内容（1）研究了磁流变液的组成、原理、磁流变液的工作特性、性能和满足指标，充分的了解智能材料磁流变液的特性和工作原理，为磁流变液的剪切应力研究提供可靠的依据。（2）在外加磁场的情况下研究磁流变液的流变特性，分析磁流变液在制动器中的流动，并计算圆筒式磁流变液制动器制动力矩，并分析制动力矩与磁场强度的关系。（3）理论上设计了一个简单的圆筒磁流变制动器，全面的了解了磁流变制动器，为以后对磁流变液的深入了解奠定坚实的基础。论文研究目的本论文的研究目的是研究磁流变液制动器的工作原理及制动力矩与磁场的关系，在合理假设的基础上，设计了一个简单的圆筒磁流变制动器，为复杂磁流变液制动器的设计提供理论依据，并为磁流变制动器的进一步研究打下基础。什么是磁流变液？

强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的Binghan体特性。由于磁流变液在磁流变属可控流体，是智能材料中研究较为活跃的一支外加磁场条件无磁场条件。2.2磁流变液组成

磁性颗粒

载液

添加剂1载液2磁性颗粒3添加剂磁流变液的应用有哪些？目前磁流变液主要在研磨（抛光）工艺、阀门和密封、以及自动化仪表、机器人的传感器等方面。在其众多领域中，研究最多的，发展最快的应用领域是汽车座位减震器、刹车器、阀门开关、制动器磁流变液流变力学性能不加磁场时，大多数磁流变液表现出类似牛顿流体行为；其本构方程可以描述为式中，是磁流变液的剪切应力是零场时磁流变液的黏度，是磁流变液的剪切应变率对剪切流动和压力驱动流动，外加磁场时，磁流变液表现出Bingham塑性体的行为，其本构方程可以描述为

是磁流变液的动态屈服应力，它随外加磁场强度H的变化而变化。图所示的是磁流变液的流变特性，

BinghamH>0

H=0

牛顿流体磁流变跑步机的理论分析

要是使跑步机减速或停止，并且要调节或限制跑步机的运动速度，就需要在电动滚筒上安置制动器。制动器是保证跑步机正常安全工作的重要部件磁流变制动器有何特点？

(1)通过对外加磁场强度的调节，能控制制动力矩的小。(2)工作过程中振动、冲击小，噪声小。(3)主要工作构件磨损小，使用寿命长。(4)通过对外加磁场强度的调节，能实现对运动件的平稳制动。磁流变器件的工作模式

根据磁流变液在器件中传力的特点，磁流变器件的工作模型主要有下列三种模型剪切模式挤压模式压力驱动模式

圆筒式磁流变制动器的工作原理1固定外圆筒，2励磁线圈，3磁通，4磁流变液，5圆柱形内筒，6转轴，7轴承圆筒式磁流变制动器原理圆筒式磁流变制动器的理论析磁流变液的本构方程

（1）

磁流变液在两筒间的流动分析

由磁流变液在两筒间流动的图可以得到

(2)式中是磁流变液流动的角速度沿半径方向的梯度磁流变液在两圆筒间作周向流动的动量方程可近似地表示为

(3)解微分方程（3）可得

(4)由（1）（2）（4）可得

(5)积分上式

(6)其中,可以有边界条件

,;,(7)

(8)筒式磁流变液制动器的制动力矩分析产生磁流变效应的磁流变液产生的制动力矩分析如下：在半径r处流体传递的转矩为T

(9)将（4）代入(9)可得

(10)未被激发产生磁流变效应的磁流变液产生的制动力矩分析如下：如图3.3所示，为未发生磁流变液效应的磁流变液沿轴向方向的长度，该段磁流变液不能够产生磁流变效应而是只发生黏性流动，其黏性产生的阻力矩

(11)

所以产生的总制动力矩

T2=T+T1

】】

圆筒式磁流变液制动器的结构设计

1线圈，2磁流变液，3铜套，4端盖，5轴承，6放气加油螺钉，7连接螺栓，8左壳体，9铜套，10右壳体，11制动鼓，12O型密封圈，13转轴，14毛毡圈15支架结论

制动器制动转矩由两部分组成；一是磁流变液零磁场下由粘性产生的阻转力矩T1；二是外加磁场作用下