无级变速机箱用磁流变离合器设计

一、绪论1.1研究的目的和意义离合器在汽车中扮演着非常关键的角色，既可以把发动机的动力传递给变速器，又可以在换档的同时减少冲击，从而有效地降低了变速器的负荷，从而使得整个汽车的行驶更加平顺。随着现代汽车技术的发展，特别是轻型卡车，离合器的地位日益凸显，因此，改善它的功效成为了许多学术界的关注焦点。通过利用磁流变液的剪切应力，离合器可以实现快速、准确的离合。当受到外部磁场的影响时，磁流变液会保持液体的形式，从而产生一种特殊的离合力，这种力可以抵消液体的黏度，从而达到离合的目的。随着外部磁力的施加，磁流变液的极性颗粒会迅速发生极化，形成紧密的链式排列，从而提高了其剪切力，展示了其具备的塑性特征，从而为离合器提供了足够的力量来实施控制。改变磁场的强弱，就能够改变力的方向。。磁流变液离合器具有许多显著的特征，如：运行平滑、精确、轻巧、易于维护、节省能源、使用寿命更久。磁流变液离合器缺点：价格偏贵，材料造价较高。通过应用磁流变液技术，可以有效地改善离合器的性能，从而达到满足预期功能的目的。这种技术不仅可以有效地抵抗外界的磁场，还可以通过改变离合器的介质来改变离合器的性质，从而提高离合器的效率。经过深入研究，我们设计了一种无极变速机箱用磁流变离合器。我们探究了磁流变液的传力方式，并利用剪切模型建立了一个模型。我们还比较了单线圈和多线圈的不同之处，最终确定了一个基本的设计公式，完成磁流变离合器的设计。1.2国内外研究现状Wujie等人[1]研究了一种多极磁流变（MR）离合器的新设计，该离合器使用多个永磁体和多个励磁线圈进行混合磁化。永磁体用作产生磁场的第一源，励磁线圈用于将磁场调节到所需值。AkbariE.;KhajehsaeidH［2］研究了磁流变液（MRF）在响应磁刺激时表现出可变的机械性能。由于其快速且可逆的粘度变化，MRF可用于各种应用，包括离合器等扭矩传递装置。在这项工作中，研究了圆柱形MR离合器的几何设计，旨在优化扭矩传递能力。研究了在可变磁场存在下设计参数（如半径、间隙大小、有效长度和MRF体积）的影响。MesterS;HorváthB等［3］提出了一种多片式磁流变(MR)流体离合器的转矩传递时间常数。自建的离合器包含六层MR流体,由外部电磁线圈激励。传递的扭矩由扭矩传感器使用自主开发的LabVIEW软件测量。扭矩传递采用不同斜率的斜坡激励进行测量。离合器的时间常数由转矩响应的时间延迟得出。我们的测量显示时间常数是斜坡激励斜率的双曲函数；ZhangGuang;ChenJunyu等［4］描述了一种新型双杯形间隙磁流变离合器的磁性分析,该离合器具有3种智能磁流变凝胶。四种Halbach阵列用于激发MR凝胶。仪器采用磁/机械有限元方法模型设计,利用COMSOLMultiphysics软件进行数值计算。在描述构型后,基于MR凝胶的Bingham-Plastic场相关本构模型,推导了所设计MR离合器中的传递转矩。考虑到模型建筑中的粘性,如剪切屈服应力,也随磁通密度的变化而变化；ParkJinYoung;OhJongSeok［5］等人提出了一种兼具机械摩擦模式和磁场控制模式的磁流变多片离合器。磁场控制方式是基于一个MR流体耦合器,根据外加磁场的密度改变其粘性性质。该模式应用于离合器运行初期,以减小盘片与盘片间摩擦力的影响,并在后期尽可能消除盘片与盘片接触时相对速度的差异。一旦减小盘片与盘片的转速差,离合器通过共同压缩摩擦面,以机械摩擦方式运行。国外的开创先河，值得我们去深究学习，争取迎头赶上。1948年Rabinow发现磁流变效应[28]，并最早发明了磁流变液并设计了磁流体离合器。美国Lord公司进行了开创性的工作，该公司先后报道了多种合金制备的磁流变体，所采用的悬浮相为铁一钴合金、铁一镍合金、铁一钴一钒合金等超细粉末。实验结果表明：当固体悬浮相的体积比为0．25时；在70000e的磁场强度作用下，这些磁流交液的剪切屈服应力可达50KPa[29]。美国Ginder，JM，DavisLC等人对磁流变液的屈服应力进行了有限元分析[30]。尽管中国的磁流变离合器的研究开始比国际上的要早，唐绍禹等人[6]通过模拟和实验的综合应用，探讨了多极式磁流变离合器的温度变化规律，并且获得了良好的研究成果。此外，王书友等人[7]通过测试，发现了该离合器的迟滞特征，并且绘制出了转矩-电流迟滞曲线。研究表明，Bouc-Wen模型可以用于理解MR离合器的电流-转矩滞回行为，它可以消除复杂的黏度、弹性、温度等外部环境变量，从而获得一种新的、可靠的遗传算法，它可以较好地确保Bouc-Wen模型的准确性，并且可以找到一个完整的、可靠的、满足所需要的最佳解决方案。张莉洁和其他研究人员设计的磁流变离合器，具有良好的传动效率和操纵灵活性，并且具有宽广的功率范围和高的可调系数。为了确保这种离合器的有效运作，他们设计并建立了一个动态测试平台，以确保离合器的正常运转。此外，他们还设计并R&D了一种新型的磁流变液离合器，它具有磁流变传动、磁路设计和励磁线圈设计的优点，并且在农业领域得到广泛的使用。陈德民等人提出的磁流变离合器技术，通过研究磁流变液的性质，可以有效地改善B级轿车的性能。他们利用Bingham模型，构造出一种磁流变离合器，用来模拟磁流变离合器的动态响应[8]，可以提高离合器的接合稳定性，提高离合器的接合效果。此外，他们还利用磁流变离合器技术，研究出一种可靠的离合器，可用来提高B级轿车的性能。苏德发等[11]研究了圆盘与圆筒复合式磁流变离合器的工作原理,基于Bingham模型描述了磁流变液剪切应力随外加磁场变化的流变特性,考虑到圆盘旋转过程中磁流变液在离心力的作用下会对圆筒中磁流变液产生挤压强化效应；张莉洁等［12］根据磁通守恒和磁路基尔霍夫定律,采用平均磁路法对双盘式磁流变离合器进行了磁路设计；张浩等[13]对磁流变液的流变机理,以及其在离合器上的应用。阐述了多盘式磁流变离合器的工作原理,对其理论输出转矩计算公式做了相关分析、研究；韩晓明等［14］设计了离合器的磁路结构,并应用ANSYS软件仿真分析了不同励磁电流下磁路的磁力线和磁感应强度,仿真结果表明,通过改变励磁电流,磁流变离合器在外加磁场作用下可以实现动力和运动的传递,该研究为离合器的设计和控制提供了理论依据；单慧勇等［15］建立一套基于磁饱和效应的磁路设计方法,应用磁路欧姆定律计算磁路所需磁通势,详细介绍其设计计算步骤,并对电磁线圈参数的设计计算方法进行详细介绍,最后应用研究结果完成一种圆盘式磁流变离合器的磁路设计。1.3本课题的主要工作经过深入研究，本次设计设计了一种无极变速机箱用磁流变离合器。本次设计探讨了磁流变液的传力方式，并利用剪切模型建立了一个模型。本次设计还比较了单线圈和多线圈的不同之处，最终得出了一个基本的设计公式，确定磁流变离合器的结构形式，对离合器进行理论分析，研究磁流变离合器的实心形式和设计准则，对磁流变离合器进行结构分析和设计计算。二、圆筒式磁流变离合器2.1圆筒式磁流变离合器工作原理磁流变离合器是依靠磁流变液的剪切力来传递转矩。磁流变离合器能够有效地将机械能量传输到零部件上，其结构有三种：圆筒式、圆盘式以及圆锥式。其中，圆筒式离合器的结构由1个主动轴、3个圆锥体内部、4个磁通、5个激磁线圈、6个圆锥体外部、7个磁流变液、8个从动轴组合而成，它的特点是能够有效地将机械能量传输到零部件上。这句话描述了一个装置，它的主要部件是一个圆柱体，它连接着一个1的主要部件，一个6的外壳，以及一个8的从动部件。这个装置的顶部安装了一个激光线圈5，并且将一个磁流体注入到了两个部件的同心环形空隙里。如果没有电流，这个磁流体就会流成牛顿流体，这时候流体的流速会减慢，导致离合器的运行受到限制。随着电流的加入，磁流变液内的悬浮颗粒受到强烈的磁力，并且会按照一定的轨迹排列，形成一条条紧密的连续的链条，使得它们之间的剪切应力得到极大的提升，最终使得主要部分和辅助部分能够紧密地连接，使得整个离合器达到完美的连接。当线圈被切断时，磁流会快速改变成牛顿流，这时候，由于流体的黏度，所以它所产生的扭力非常微弱，无法驱使主要部分运行，导致离合器松弛。1-主动轴2-密封圈3-圆柱形内筒4-磁铁，以确保系统的可靠性和稳定性。5-电机驱动的线圈6-圆柱形外壳7-磁性液体8-驱动轴图3.1圆筒式磁流变离合器原理根据图3.2，将内筒与外筒的半径分别定义为R1、R2，其中1代表着驱动部件，3代表着被驱动部件，两者之间填入着一种叫做2的磁性物质，当驱动部件以W1的角速度运行时，磁性物质会被剪切，进而驱使被驱动部件以w2的角速度运行.要研究两个圆筒之间的空气阻塞对磁性材料的影响，本次设计需要满足以下几个要求：（1）该材料无法被挤出；（2）它处于静止状态；（3）它无法沿着直线或曲线运行；（4）它的运动仅受到圆周的影响；（5）它无需施加任何外部能量；（6）它的磁场分布平坦；（7）它的内部压力保持恒定。基于图3.3所示的圆柱坐标系，本次设计可以推断出，当处于r、θ、z三个参数值范围内时，流体的运动特性可以表现出如下的特征：（3.1）在这个公式里，Vr、Ve和Vz代表了物质在r、θ和z三个方向上的运动，而r则表示被研究的物质的半径，W（r）则表示物质在半径r处的运动，这两个参量之间存在着一个相互关联的关系。图3.2显示了磁流在两个圆筒之间的流动，随着时间的推移，流动方向发生了变化。通过对一个微元体进行周向剪切流动，本次设计可以观察它的受力情况，并且可以从z方向的dl来获得它的切向偏微分方程，这些数据可以从图3.3得出。(3.2)式中，为为沿θ方向的切向压力，和磁流变液的剪切应力。由于微小，可以把取为，取为1。，根据剪切应力的互等关系，=，并略去二阶微量，方程（3.3）可近似表达为（3.3)当磁性物质通过一个具有相对位置的圆柱体时，如果它的切向压力保持不变，那么本次设计可以将方程（3.4）改成一个恒定值。（3.4)通过磁流变液的周向剪切流动，本次设计可以用一个简单的方程来描述它的运动特性。(3.5)在这个公式里，剪切应力和屈服应力都由流体在受到外部磁场H的作用下产生的力来决定。函数，η为流体的粘度，为剪应变率。图3.3微元体应力分析2.2冷却系统的设计冷却系统由多种组成元素组成，包括但不限于：节温器、水泵、水泵皮带、散热片器、散热片风机、水温传感器、储存容量的容器以及相似于散热片器的采暖设备。冷却液，也被称作防冻溶液，通过含有特殊的抗氧化剂、抗腐蚀剂以及保持温度稳定的特点而制备。目前，最常见的制备方法之一就是采用乙二醇作为基础，再配以特殊的抗氧化剂、保温材料以及其他特殊的配方。。通过“冷车循环”和“正常循环”的冷却循环，本次设计可以清楚地观察到，80℃的情况下，节温器的开度将达到95℃，但如果没有及时调整，“正常循环”的循环将被打断，导致发动机的温度难以及早地降至正确的水平。由于节温器的关闭状态较为困难，导致冷凝液无法流入散热器，从而导致温度升高，但也可以保持在一定范围内。然而，当由于节温器关闭状态较差导致的过热现象出现时，两个水管的温度及其压差将发生变化。水泵的主要功能是将冷凝剂的压力施加到设备上，以确保它能够顺利地运行。但如果它的运行状态异常，可能会导致水封的破碎、轴承的磨损以及噪音等问题。因此，当发生发动机过载的情况下，首要的任务就是要ACK水泵的皮带，以确定它的安全性。当发动机运行时，冷凝水会从散热片中渗透出来，同时，空气也会从散热片中穿行，从而使得冷凝水的温度降低。此外，散热片的另一个关键部分散热片的盖子，往往会被人们所遗忘。当气体的温度升高，“热胀冷缩”的冷凝水将产生更多的水分，从而使得散热器的内部压力升高。在达到某个临界值后，散热器的阀门将打开，使得冷凝水从容积管道进入储水池。然后，在气体的温度下降，储水池的水位将下降，但是储水池的水位并未下降，这样，散热器的阀门将无法正常运行！通过将气动风扇离合器和电磁风扇离合器联接起来[3]，本次设计就可以控制风扇的旋转方向。当风扇停止工作时，离合器就会被弹簧力拉开，从而实现离合器的自动接合。但是，由于风扇的旋转方向是固定的，所以它们的功率是有限的。由于采用了一种新型的技术，使得气动风扇离合器的控制精度得到了显著提高，同时降低了耗油量和噪音。该技术的优势在于设计更加精巧，操作更加便捷，而且成本更加合适。例如，采用了一种新型的有刷式离合器，使得整个系统更加精确，更加稳定。当前，大部分的冷却系统都采用了硅油风扇离合器，这种液力传动离合器通过感温元件检测到发动机温度的改变，将其传输到主动盘，然后通过液力传动器将其传输到从动盘，最终实现风机的转动，实现了有效的降温.当发电机的环境温度发生变化时，风机的速度也会相应地改变，这样就能够提供更好的散热性能。此外，通过调整风机的速度，还能够让它能够根据不同的负载情况，自如地将空气流通，以便让发电机处于最佳的运行状态，这样就能够有效地提高发电机的性能，同时也能够有效地降低噪音，并且能够有效地减少发电机的能耗。然而，该机械设备并非真正的离合机，而只是通过将输入和输出部件的摩擦力限制在1:1的范围内，以及实现完整的分离，从而产生了较大的转速差，通常只有输入的30%~90%。尽管传统的硅油风扇离合器具有无限的转速范围，但是它的设计较为笨重，使得它的调节精度较低，在温差较大的情况下，它的速度也难以迅速响应，从而导致发电机的冷却效果受到影响，同时也会导致更多的燃料浪费。因此，开发一种新型的风扇离合器，它的结构比传统的硅油离合器更加简单，而且可以精确地控制发动机的冷却状态，这一点十分重要。三、磁流变离合器设计3.1磁流变离合器的失效形式和设计准则3.1.1最大有效转矩当磁流变液处于饱和状态，并且受到外力的作用，它会发生变形，从而使转矩传递受限。根据方程（3.20），随着变形的加剧，变形的转矩也会随之变化，当变形的转矩超过一定的阈值，变形的转矩将会发生变化，从而使离合器的性能得以提升。（4.1）在磁饱和状态下，最大屈服应力和最大有效转矩受到多种因素的影响，其中包括：（1）最大屈服应力：最大有效转矩成正比。这是因为越大，则转矩越大，同时传递能力也就越高。然而，最大屈服应力与磁流变液材料性能有关。最大屈服应力对转矩的贡献也就最大.（2）当磁流变液处于零磁场时，粘度η的增加的同时会导致最大有效转矩的加大，这是因为η越大，转矩越大，传输能力也就越强.但是，粘度的变化会影响磁流变液材料的性能，而且它的影响力要远远小于最大屈服应力。（3）当两个运动部件之间的间距h越大时，最大有效转矩会呈现出负相关，即随着间距的增加，磁流变液传输的转矩也会减少。这种间距的大小取决于离合器的几何尺寸。3.1.2粘塑性滑动和打滑当受到外部磁场的影响，磁流变液会发生粘稠的化学反应，导致它们形成一个黏稠的弹性体。当它们接触到一个机械部件或者一个电子元件时，它们会发生摩擦，导致它们的运动方向发生改变。通过观察摩擦的情况，本次设计就能够知道它们对机械部件的摩擦系数，并通过计算摩擦系数的平均值来衡量它们的摩擦系数。（4.2）若工作负荷高于磁流体的最高输出扭力，则会导致磁流体和圆柱体之间的摩擦力增加，进而导致圆柱体的角速度显著下降，甚致导致离合器的故障。因此，必须采取措施防止此类状态的发生。3.1.3失效形式磁流变离合器常有的失效形式有:（1）随着时间的推移，磁流变液的性能会受到影响，其中的磁性颗粒、基础液和添加剂都会受到磨损，从而导致其性能的下降，最终导致磁流变液的失效。随着磁场强度和工作温度的升高，长期暴露于这些环境中的基础液可能会发生分解和氧化，从而导致其功能的大幅减弱。（2）由于离合器的温度上升，导致主要的动态部件的材料发生了故障。这是由于油膜的破坏，导致基础液的润滑性降低，并且颗粒的运移导致了表面的微小摩擦，进而导致了更严重的磨损，并降低了转矩的传输能力。3.1.4设计准则当无需外部磁力干预，离合器的功能将依赖于磁流体的黏稠特性来实现，从而保证它的正常运行。在此情况下，离合器的正常运行需求：基础液中的润滑剂能够稳定地保持润滑，并且润滑剂的润滑系数和润滑压力能够保持在一定的范围内。此外，在正常运行的情况下，润滑剂的润滑系数和润滑压力能够保持在一定的范围内，从而保证润滑剂的正常润滑。（4.3）[pv]是用于描述主从动圆筒材料的一种特定的参数值。当受到外部磁场的影响，离合器的动能来源于其内部的屈服应力，因此，只有当它能够确保内部的磁流体和圆柱体之间没有摩擦，才能够确保其正常运行，并且能够达到较长的使用期限。(4.4)式中[T]为离合器传递的许用转矩3.1.5圆筒式磁流变离合器的关键尺寸离合器的重要特征在于它的结构，它的设计需要考虑到磁流变效应的影响，以及离合器的效率。根据方程（3.20），离合器的效率取决于它的结构，它的结构可以通过调整离合器的形状来实现，并且它的效率可以通过调整离合器的流量来实现。（4.5）设所期望的可控转矩比λ为（4.6）当h=R2-R1时，随着h的减少，磁流变液的输出扭力也会增加。但是，由于h的值可以被调节到一定的范围，因此，引入了一种新的理论，即可以通过有效地调节h来产生磁流变效应。此外，λ也可以被视作一个恒定值。根据方程（4.5），本次设计发现，两个圆筒之间的磁场会导致一种特殊的现象，这种现象的有效厚度就是空气。（4.7）在这个公式里，m表示在零磁场下的黏性物质的强度和在饱和状态下的抗压强度的比值，而l则是一个长度系数，它表示磁性物质的真正的轴向长度和可以导致其发挥作用的有效轴向长度的比值，其值=L/Le，而e则是一个自然的对数。两个圆柱形的内部空气中的磁性物质的真正容量是(4.8)磁流变液的有效容积可以产生显著的磁流变效应，从而改变物质的性质和特征。(4.9)根据方程（4.5）和（4.9），本次设计可以计算出有效体积的值(4.10)式中,，为离合器传递的功率，。根据方程（4.9），本次设计发现，两个圆筒之间的磁流变体具有足够的时间来产生磁流变效应。(4.11)通过对方程（3.7）和（3.11）的分析，本次设计发现，在已经确定了转矩比的情况下，设计者可以通过调整磁流体的材质、内部的壁厚以及壁厚的比例，来确定he、Le和L.的值。3.2圆筒式磁流变离合器的设计方法3.2.1原始数据及设计内容在磁流变液离合器的设计中，需考虑的因素有：P的输入功率、流量、可控的扭矩比、尺寸、安装位置和运行环境。此外，还需考虑磁流变液的特性、最佳流量、以及其他相关的计算方法.3.2.2设计方法在磁流变离合器的设计过程中，正确选择参数是至关重要的，因为它可以帮助本次设计更好地满足预期的工作要求。因此，本次设计必须仔细研究并精确地计算出相关的参数，以便更好地实现磁流变离合器的设计目标。①主动圆筒的半径R1的选择计算根据公式（4.1），无论半径R1的大小如何，它都会导致相应的扭矩.然而，R1的最高点会因为它的可接受的外形尺寸而有所不同，而R1的最低点会因为它的内部结构的尺寸和强度而有所不同。因此，为了确保主动轴的安全性，并且保证嵌入的电磁线圈的可接受的外形尺寸，本次设计应该尽可能地采用R1的最低点。②选择磁流变液材料根据公式（4.7）和（4.8），本次设计发现，磁流变液离合器的结构特征，如主轴和次轴之间的空气密封性和磁流变液的容量，会影响其在零磁场条件下的动态黏度和抗压能力。为了实现最佳的性能，本次设计需要将v和h的值调整得更小，从而减少零磁场和外加磁场的影响，并最大限度地增强其耐久性。因此，本次设计需要采取一系列措施来减少零磁场和外加磁场的影响，从而最大限度地减少h和v的影响，从而实现最佳的性能。下面介绍美国lord公司生产的四种商用磁流变液这两个参数值。1）当MRF一132AD的r值为500（1/s），在0场的情况下，黏度η为η=0.09563Pa.s，而当外部磁场的强度达到275kAmp/m的情况下，其所产生的屈服应力4.112Ik.2）当MRF的MRF值为1000（1/s），在0场的情况下，黏度η为η=0323pa.s，而当外部磁场的H=200kAmp/m值为200kAmp/m，则在磁饱和状态下，其屈服应力为58.5k.3）当磁流变液的磁阻系数为241Es，r值为1000（l/s），在0场条件下，黏度η为η=0.103Pa.s，当磁场强度达到H=225kAmp，磁饱和状态下的屈服应力为68，相当于1553k.4）当磁流变液的流变速率为07毫秒/s时，零场时的粘度η为η=0.352P.as，而当外加磁场的磁饱和度达到350kAmp/m时，屈服应力为=51.8382kPa。③研究主动和被动圆筒之间的空隙h，以确定它们的位置。在磁流变液的零场条件下，通过测量磁流变效应的特性，如黏度η、动态屈服应力的极限、预期的转矩控制比λ、自主圆筒的角转速口以及其半径范围，本次设计就可以通过公式（4.7）来估算磁流变效应的正确距离he，并且这些信息将决定自主圆筒与被动圆筒的真正间距h.④计算磁流变液的体积V根据公式（4.10），本次设计可以确定磁流变效应在离合器内的最大效果，即Ve，而它的真正容量V=lVe。⑤计算实际轴向长度根据公式（4.11），本次设计可以确定le的有效长度，即L=lLe，从而使得磁场发挥作用。3.3圆筒式磁流变离合器设计3.3.1圆筒式磁流变离合器结构从动轴2-螺栓3-外壳4-堵塞5-线圈6-转子7-螺栓，以确保动轴的正常运行。8-密封垫9-螺栓10-主动轴11-键铜环12-小端盖，以确保安全可靠的运行状态。13-端盖14-油封15-轴承16-磁流变液17-键，以确保安全可靠的运行。图4.1展示了圆形筒体、磁性流体、离合器和结构的变化情况，具有较高的可视性和可操作性。图4.1为圆筒式磁流变离合器结构图，由以下部分组成:（1）由于其独特的结构，这个机器的主体由11、3、13三个部件构成。这些零件通过螺栓连接到一起，使得它们能够实现同步运行。此外，这些零件的表面都经过了精细的加工，使得它们能够容纳或排除磁性物质。最后，这些零件都被螺塞4紧固。（2）内筒6和从动轴1是从动部分的重要组成部分，它们之间采用螺栓连接，并在内筒外表面精心加工出三个槽，以便绕制线圈，此外，还在从动轴上精心设计出一些小孔，以便将导线引出。（3）在传力方面，离合器采用Newton流体来传递力量。在没有外加电流的情况下，这种流体会形成较低的黏度，因此它的传力效果较差。然而，流体中的颗粒物质，如沙砾，并没有妨碍主要零件和被驱使零件的相互作用，因此，离合器仍然保持着分离的状态。随着电流的输出，磁流变液内的微小颗粒受到外界的磁力影响，发生磁化，并且彼此之间会发生强烈的吸力，使得它们之间的剪切应力也随之提高，最终使得主动部分和被动部分能够紧密地连接，使得整个离合器达到完美的连接。当线圈被切断时，Netwon流体会快速改变其特征，这会导致其所形成的粘度较低，无法驱使主要部分运行，最终导致离合器的解除。4）磁场发射系统仅由一个高效的磁线圈5及一个高效的磁线圈组成，这个磁线圈采用了高效的材质，具有良好的耐压、耐腐蚀、耐磨等特点，并且能够有效地固定在磁线轮的内壁。磁线通过一个特殊的小孔连接到磁线轮的主要驱动器。通过将电磁线圈安装在箱体之外，本次设计能够创造出一个能够随时调节的磁场，从而有效地改善磁流变液的物理特征。5）圆筒式磁流变离合器的支承部分由15个轴承支撑，而其右端则被螺栓牢牢固定在箱体上，以确保其正常运行。6）为了保证润滑效果，本次设计采取了一种新的方法来保护轴承。本次设计使用了深沟球轴承，它能够承受dn值（d为轴承的内径，n为轴承的转速）。由于dn=25×.r/min<16×.r/min，本次设计采取了脂润滑，同时还使用了8号的密封垫来保护轴承。7）电子控制单元：它负责调节离合器的转矩和转速，并且可以根据不同的情况来进行变换。它实际上是一个电流调节器，可以根据不同的情况来改变流量，并且可以添加一些其他的设备，例如稳流器和安全保护器。如图4.2所示，来自外部的交流电流a可以被变流器的电源组1转换成额定的电压，然后经由桥式全波整流器2转换成直流。可调负载4可以调节磁输入线圈5的输出，从而实现对不同磁场的调节，以满足特定的应用。图4.2电控系统原理图当使用磁流变液离合器时，外部的变化会影响内部的运行。当变化的变化被反馈回来后，会影响离合器的性能。根据链化反应理论，当变化的变化被反馈回来后，离合器的性能会随之改变。因此，本次设计需要根据变化的变化来调整离合器的性能，从而达到最佳的离合效果。3.3.2圆筒式磁流变离合器设计计算在可控转矩比λ为20、长度系数为l的情况下，本次设计选择了MRF-123AD作为变液，在零电磁条件下，它的动力黏度η为η=0.09536Pa.s，在外部磁场条件下，它的最大屈服应力为44.112IkPao。在这些条件下，本次设计可以获得P=lkw的最高转速500转分钟（r/min），并且长度系数为4。3.3.2.1磁回路的设计①磁回路设计的目的1）采用磁阻管道技术，将磁力传输和聚焦于有效的磁流变液流体区域。2）通过降低钢导管、非工作磁流变液区域以及其他非工作环境中的能量损耗，可以有效地提升磁流变液间隙中的磁场能量，从而达到最佳效果。②磁回路设计应考虑的因素；1）磁流变液和钢具有独特的非线性磁性特性，这是显而易见的；2)磁通边缘；3)受电压、电流或电感的限制；4)边缘可能的损失；5)包括永久磁铁的不安全操作；6)涡旋电流。③钢的类型1）期望采用具有优异的磁性渗透性和极佳的磁饱和度的低碳钢材料；2)钢中碳的含量最好低于0.15%;3)可选择钢的型号包括:AISI-12L14,AISI-1008.AISI-1010和AISI-10180④磁回路的设计过程1）采用Hf和Bf的参数，以确定预计的屈服应力，并使用以下公式计算总磁通（Hf,Bf）。Ф=BfAfAf表示磁力线穿过磁流变液的最大表面积。2）根据磁通连续性的概念，可以计算出Bf在不断改变的磁场中的传播情况。（4.12）在这个式子中，ФMRF表示磁流经过磁流变液的磁通，而Фsteeei1和Фsteei2则表示磁流经过钢的磁通。确定钢中的操作点（Hs，Bs）（4.13）在这个公式里，Bs表示在钢的磁路上的感应强度，而As则表示在钢的有效表面上的感应强度。最后，本次设计可以根据B-H曲线来估算出Hs。4）通过应用Kirchofs定律，本次设计可以精确地确定所需的NI值：用下面任何一个公式可计算（4.14）在这个式子中，h表示磁流体的厚度，L表示磁力线穿过磁流体的有效距离。5）根据图示，确定磁流变液中的工作点（Hf,Bf），以实现最佳的性能和效率。图4.3磁流变液的工作点6）通过应用磁通连续性定理，本次设计可以计算出钢磁路中磁感应强度Bs的变化情况。（4.15）7）根据图示，确定钢中的工作点（Hs,Bs），以便进行有效的操作和管理。图4.4钢的工作点3.3.2.2磁流变离合器的结构设计1）主动轴的设计在设计轴的结构时，应该充分考虑轴上零件的安装位置、轴承的种类、尺寸、加工精度、安装质量、强度和刚度等多种因素，以确保其可靠性和可操作性。在轴的截面上，如轴肩、环槽等，由于受到外界压力的作用，容易出现应力集中，从而导致多数轴出现疲劳损伤。因此，在保证轴的疲劳性能的同时，必须注意截面的尺寸，避免出现较大的偏差，同时还需降低轴的表面粗糙程度。为了确保精度，所有的圆角、倒角、退刀槽都必须保持相同的尺寸。所有的按钮都必须安装在相同的轴的母线上，避免将按钮放入轴的圆角或者超出其他连接处的区域，从而避免产生过多的压缩。①轴的材料轴的材料主要是经过轧制或锻造的碳钢或合金钢。通常使用碳钢，其中45钢是最常用的。合金钢可用于承受较大力、需要限制轴的尺寸或重量、或需要提高轴直径的耐磨性、以及在高温和低温、腐蚀等条件下工作的轴。为了提高轴的强度和耐磨性，进行各种热处理或化学处理，也可以对轴进行表面强化处理。本设计选用45钢，查手册得[]=20MPa②初步确定轴的最小直径轴承的运动依赖于轴承的扭矩T0，因此，轴承的强度和刚性取决于轴承的扭矩。轴承的扭矩通常来自轴承的内部结构，并且在轴承的运动中，这些扭矩通常会随着轴承的运动变化，从而发生变化。轴承的刚性取决于轴承的扭矩，因此，轴承的刚性和扭矩通常会随着轴承的扭矩变化变化。（4.16）由于主动轴为空心轴，则（4.17）β为空心轴的内径与外径的比，通常取β=0.2，则（4.18）这里取d=18mm③轴的结构设计主动轴由一系列分段组成，每一段都具有独特的功能、精确的公差配置和高精度。从右侧开始，第一段轴通过平键连接到半连轴器上，以接收电动机发出的动力。为了限制半连轴器向右移动，右侧必须制作一个轴肩，并在其上设置一个断开孔。在第二段轴上，取值为d2=20mm，而根据结构，取值为l2=50mm。在第三段轴的设计中，本次设计将轴承的直径设置为d3=25mm，这样可以有效地减少径向载荷的影响.考虑到单向列心球轴承的特性，本次设计按照d3的设计，采购了61805单向列心球轴承，它的直径分别是d×D×b=25mm×37mm×7mm.此外，考虑到轴承的端部必须进行油封，本次设计还将轴承的直径设置为l3=40mm。在第四段轴的基础上，本次设计将61805型轴的定位轴肩的尺寸精确调整，其中d4=31mm，l2=4mm，并且将其固定在相应的位置，以便将其传递给相应的电机，电机的左侧的结构也按照图纸的要求，采用螺栓和铁心的连接，以实现最终的传递扭矩。最后，设计轴的结构如图4.52）主动圆筒的半径R1的计算为了确保主动轴的强度，本次设计选择了一种空心轴，它的最小半径可以满足将电线引出的需求。（4.19）在这个公式里，[τT]表示材质的许用扭转切应力。在这里，本次设计使用的是20号钢，它的应力值是20MPa。Β是空心轴的内层和外层尺寸的比例，本次设计在这里使用β=0.5。通过公式（4.26），本次设计得出R1>33.7mm。但是，鉴于轴的截面上有4个嵌线圈槽，应该将它们的尺寸提高25%，因此本次设计将R1=43mm。④通过公式（3.7），本次设计得到了两个圆柱体之间产生磁流变效应的最佳距离，即he=0.3909mm，而实际的距离应该是he=lmm。⑤外圆筒半径R2=R1+he=44mm⑥通过微分方程（3.10），可以确定两个圆筒相互之间的磁流变效应的合理大小.，即Ve=3.744×10-6m3；而通过微分方程（4.1），可以确定两个圆筒相互之间的磁流变效应的合理距离，即L=27.1lmm。⑦通过测量，确定磁流变液的实际容积和实际长度在两个圆柱体中，磁流变效应的最大值可以达到L=l.Le=64.13mm，而最小值可以达到L=80mm。根据方程（4.8），本次设计可以得到两个圆柱形物体之间产生磁流变效应的最大容量V为21.85立方米V=21.85×10-6m3立方米。转子三维结构如图4.63）从动轴的设计①轴的材料轴的材料主要是经过轧制或锻造的碳钢或合金钢。通常使用碳钢，其中45钢是最常用的。合金钢可用于承受较大力、需要限制轴的尺寸或重量、或需要提高轴直径的耐磨性、以及在高温和低温、腐蚀等条件下工作的轴。为了提高轴的强度和耐磨性，进行各种热处理或化学处理，以及表面强化处理.②初步确定轴的最小直径轴的最小直径同前可得:（4.20）T1输出转矩，由（4.21）得T=38.9N.m代入公式（4.21）中，取d=22mm③轴的结构设计在一个阶段中，第一段轴是一个主轴，它的轴心位于右侧。这个轴心由一个半连轴器连接在一个平面上，并且在这个轴心上有一个轴肩来限制半连轴器的运动。由于第二段轴上没有安装任何零件，因此只需要将半联轴器的直径调整至d2=25mm，以便更容易地安装。为了实现这一目的，半联轴器的右端与一个端盖紧密结合，并通过螺钉将其与外筒相连，以此带动外筒的旋转。为了防止磁流变液的渗漏，在两者之间还需要加入一层密封垫来保证密封效果。4）轴承的设计①轴承[39]类型的选择轴承可分为两类：滚动轴承和摩擦轴承。磁流变流体离合器的轴承能够承受主体重量引起的轴向载荷，并且能够满足轴向的精确定位。然而，由于磁流变流体离合器的轴承承受轴向载荷，在选择轴承型号时应特别注意其尺寸。②轴承的计算根据轴径d=25mm的要求，结合机械工程设计手册，选用单列径向滚珠轴承，轴承间距37mm，轴承间距7mm。轴承的当量动负荷为（4.22）在这个公式里，P代表轴承的当量动负荷（N），R代表轴承的径向负荷（N），λ代表动载荷关系。当轴承承受的冲击力介于X=1.0-1.2之间时，X=1.2-1.80。轴承寿命为::（4.23）根据计算，本次设计选择了61805型号的轴承，其具有L一轴承的生命周期（h），N-轴承的速度（r/min），P-当量动载荷（n），以及C-.的额定动荷载（可以从手册查询）。轴承的寿命由工作需要而定，一般不得小于10000h.轴承的结构如图4.8：5）密封装置的设计①密封[40]选择通过安装密封装置，本次设计能够阻挡流体、污染物以及外界的侵蚀。这些零件的功能主要体现在两个必须紧固的接触点上。这些接触点的紧固程度取决于它们的流体状态，因此，本次设计将它们划分为动态紧固和静态紧固两类。密封材料可分为动态和静态两种，前者包括0型密封圈、密封环和油封。后者包括橡胶垫片和密封胶。因为这种材料的性能优异，本次设计通常会使用油封。②油封材料的选择为了防止润滑剂与润滑剂之间的摩擦产生过大的热量，润滑剂的润滑剂应该采用低温的氟橡胶，这样可以减少润滑剂的腐蚀，延长润滑剂的使用寿命。③油封的优点（1）这种材料拥有优异的抗磨损、抗油污、高度的密封性以及持久的使用寿命。（2）这种材料具备良好的抗震、抗扭曲和抗冲击能力。。（3）由于其尺寸小巧，油封易于安装，并且结构简单。油封的局限性在于它无法承受高压，因此仅适用于轴承润滑油等物品的密封。6）键联接的计算键的类型可以根据不同的结构特征、应用要求和环境条件确定[41]，而其横截面尺寸（宽度和高度）可以根据轴直径确定；此外，还可以参考轮毅长度来确定其长度，并进行强度计算。当键接受额定转距T0的力量时，键的一端会受到拉伸，而另一端则会受到拉伸力，这种情况下，键的最常见的损坏方法就是在接触表面出现裂纹，也就是键的断裂。在使用的材质以及符合规范的键盘上，这种情况最为常见。由于这个原因，通常会根据键的抗拉能力来估算它的结构强度。①键的材料选择所有的键的材料都是钢，经过测试，可以得出挤压应力[σ]应在[σ]=100-120Mpa之间，而取值应为[σ]=110Mpaa。②强度计算通过单键连接轴与半联轴器，可以产生如下挤压应力：（4.24）σ键联接的挤压应力（Pa）可以通过调整转矩来调节，转矩的大小取决于转矩的大小，转矩的大小取决于转矩的轴的直径（m）；k一键与联轴器的接触高度，对平键可取为键高的一半;k=h/21在圆头普通平键上，一键的工作长度（m）可以由键的全长和键宽的比值来决定；[σ]一键联接许用挤压应力(MPa)采用第1段轴的圆头普通平键，其自主轴的总长度d=18mm，而从动轴的总长度d=22mm，经过测量，键的直径尺寸分别是：长宽b=6mm，高程h=6mm。此外，键的工作长度1=L-b=25-6=19mm。在k=0.5h=3mm的情况下，键的表面受到的挤压应力可以通过以下方式表示：（4.25）选定的键必须具备足够的强度，其标记为：6×25.。7）螺栓联结的计算这种离合器的螺丝连接部分主要依赖于扭矩，通过连接部分的固定，以及由于摩擦而导致的扭矩。