减少磁流变液作动器零场阻尼矩的方法及其作动器与流程

本发明涉及一种双向阻尼调节装置，特别是一种减少磁流变液作动器零场阻尼矩的方法及基于超声近场作用的磁流变作动器。

背景技术：

磁流变液是一种新型智能材料，由于在磁场中具有优良的磁流变效应，响应速度快，在速度控制领域有着成熟的应用，能够实现无极调速，控制性能好，并且磁流变液可以在流体和固体之间可逆高效变化，响应速度毫米级。对于高速自由旋转的转动轴虽然可以通过对磁流变液施加不同的磁场强度，实现转动轴任意时刻任意角度的控制，但是高速自由旋转的转动轴无控时，由于磁流变液去除磁场后，磁流变液表现为牛顿流体状态，并且有一定的零场粘度，对制动圆盘产生一定的零场阻尼矩，将会阻碍转动轴的高速自由旋转。如果磁流变作动器当中设计一个调节磁流变液零场阻尼的结构，就能够实现转动轴无控时高速自由的旋转。

技术实现要素：

本发明的目的在于现有的磁流变液作动器在转动轴无控时阻尼力较大无法正常工作的问题，发明一种减少磁流变液作动器零场阻尼矩的方法，同时提供一种相配的基于超声近场作用的磁流变液作动器，通过超声近场工作部分和磁流变工作部分相结合来实现转动轴的自由高速旋转和任意角度的控制，整个作动器响应速度快，易于控制，结构简单紧凑，速度变化连续可调，拓展磁流变液的阻尼调节范围

本发明的技术方案之一是：

一种减少磁流变液作动器零场阻尼矩的方法，其特征是在圆盘定子13的一侧加装压电陶瓷12，在高速自由旋转的转动轴无控时，使压电陶瓷通电，激发圆盘定子产生一个和转动轴同向旋转的超声行波，从而产生一个与转动轴同向旋转的驱动力矩，减小磁流变液零场情况下对制动圆盘的阻尼矩，实现转动轴高速自由的旋转。

本发明利用对励磁线圈施加电流大小不同产生不同的磁场强度，磁流变液产生的剪切应力变化，对制动圆盘产生不同的制动力矩，实现对高速自由旋转的转动轴17在空间任意角度的控制。

本发明利用压电陶瓷12激发圆盘定子13的超声行波，产生磁流变液15对制动圆盘的超声减摩作用和切向声粘性力，对制动圆盘14施加一定减摩作用和驱动力矩，调节磁流变液零场情况下的15对制动圆盘的阻力矩。

本发明的整个作动器有超声近场部分和磁流变工作部分组成，转动轴可以通过对磁流变液施加不同的磁场强度实现任意角度的控制；高速自由旋转的转动轴无控时，激发圆盘定子和转动轴同向旋转的超声行波，从而产生转动轴同向旋转的驱动力矩，减小磁流变液零场情况下对制动圆盘的阻尼矩，实现转动轴高速自由的旋转。

本发明的技术方案之二是：

一种基于超声近场作用的磁流变作动器，它包括转动轴18、左壳体4、右壳体9和骨架油封16，转动轴18的一端穿过安装在左壳体4中的骨架油封16后伸出左壳体4外，转动轴16的另一端位于由左壳体4和右壳体9组成的密封腔中，密封腔中安装在励磁线圈10，励磁线圈10通过隔磁套筒11与密封腔实现与密封腔中的磁流变液15的隔离，其特征是所述的转动轴18位于密封腔中的一端上安装有制动圆盘14，在右壳体9位于密封腔中的一面上安装有圆盘定子13，圆盘定子13上安装有压电陶瓷12。

所述的圆盘定子13和压电陶瓷12首先粘贴在一起，圆盘定子13通过螺纹和右壳体9连接在一起。

所述的左壳体4的内孔台阶处安装有左轴承3，并压紧螺母1和垫片2限位固定在转动轴18上；转动轴18的轴肩和左壳体4内孔台阶处安装有支承转动轴的右轴承17。

所述的骨架油封通过转动轴18的轴肩和左壳体4的台阶进行固定；制动圆盘14和转动轴18通过螺纹连接，转动轴18由右往左穿过骨架油封16、右轴承17和左轴承3，并通过压紧螺母1压紧垫片2实现转动轴18的固定。

所述的励磁线圈10和隔磁套筒11通过密封圈6安装在左、右壳体内的固定位置，通过螺栓7和螺母8锁紧整个作动器。

所述左壳体上设有注射磁流变液15的通孔，当磁流变液注满腔体后，用密封螺钉5对通孔进行密封。

本发明的有益效果是：

本发明将超声近场工作部分和磁流变工作部分相结合来实现转动轴的自由高速旋转和任意角度的控制，整个作动器响应速度快，易于控制，结构简单紧凑，速度变化连续可调，扩展磁流变液的阻尼调节范围。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图。

图2为本发明的作动器的整体结构示意图。

图3为本发明的作动器的整体结构三维图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例一。

如图1-3所示。

一种减少磁流变液作动器零场阻尼矩的方法，其特征是在圆盘定子13的一侧加装压电陶瓷12，在高速自由旋转的转动轴无控时，使压电陶瓷通电，激发圆盘定子产生一个和转动轴同向旋转的超声行波，从而产生一个与转动轴同向旋转的驱动力矩，减小磁流变液零场情况下对制动圆盘的阻尼矩，实现转动轴高速自由的旋转。如图2所示，本发明利用对励磁线圈施加电流大小不同产生不同的磁场强度，磁流变液产生的剪切应力变化，对制动圆盘产生不同的制动力矩，实现对高速自由旋转的转动轴17在空间任意角度的控制。本发明利用压电陶瓷12激发圆盘定子13的超声行波，产生磁流变液15对制动圆盘的超声减摩作用和切向声粘性力，对制动圆盘14施加一定减摩作用和驱动力矩，调节磁流变液零场情况下的15对制动圆盘的阻力矩。本发明的整个作动器有超声近场部分和磁流变工作部分组成，转动轴可以通过对磁流变液施加不同的磁场强度实现任意角度的控制；高速自由旋转的转动轴无控时，激发圆盘定子和转动轴同向旋转的超声行波，从而产生转动轴同向旋转的驱动力矩，减小磁流变液零场情况下对制动圆盘的阻尼矩，实现转动轴高速自由的旋转，如图1所示。

实施例二。

如图1-3所示。

一种基于超声近场作用的磁流变液作动器，其三维外形结构如图3所示，它包括压紧螺母1、垫片2、左轴承3、左壳体4、密封螺钉5、密封圈6、螺栓7、螺母8、右壳体9、励磁线圈10、隔磁套筒11、压电陶瓷12、圆盘定子13、制动圆盘14、磁流变液15、骨架油封16、右轴承17、转动轴18，如图2所示，圆盘定子13和压电陶瓷12首先粘贴在一起，圆盘定子13通过螺纹和右壳体9连接在一起，通过对压电陶瓷施加一定的电压，激发圆盘定子的超声行波，通过产生磁流变液对制动圆盘14的超声减摩效果和切向声粘性力，对制动圆盘产生一定的减摩作用和驱动力矩，调节磁流变液零场情况下对制动圆盘的阻力矩；左轴承3通过左壳体4的内孔台阶和压紧螺母1压在垫片2上进行限位固定，右轴承17通过转动轴18的轴肩和左壳体4内孔台阶进行限位固定，通过安装两个轴承可以实现转动轴18高速平稳运行；骨架油封通过转动轴18的轴肩和左壳体4的台阶进行固定，使用骨架油封16能够有效实现对磁流变液15固态和液态的密封，并且骨架油封适用于旋转类转动轴的密封；制动圆盘14和转动轴18通过螺纹连接，转动轴18由右往左穿过骨架油封16、右轴承18和左轴承3，并通过压紧螺母1压紧垫片2实现转动轴18的轴向固定，同时实现制动圆盘14的轴向固定；将励磁线圈10、隔磁套筒11和密封圈6安装在壳体内的相应位置，通过螺栓7和螺母8锁紧整个作动器，通过隔磁套筒能够将励磁线圈产生的磁力线尽可能多的穿过磁流变液，提高磁流变液15的利用效率，另外使用密封圈6一方面实现磁流变液的密封，另一方面实现励磁线圈和磁流变液的绝缘；通过注射孔注入磁流变液15，注满壳体内的工作间隙后，用密封螺钉5进行密封。

本发明的工作原理是：如图1所示，首先高速自由旋转的转动轴无控时，超声近场部分开始作用，对压电陶瓷施加特定频率的电压，激发圆盘定子的超声振动，通过压电陶瓷的合理布置，激励出与转动轴同向旋转的圆盘定子的超声行波，使得磁流变液对制动圆盘产生一定的超声悬浮力和切向声粘性力，一方面超声悬浮力使得磁流变液中的磁性颗粒更加均匀的分布在磁流变液的基液当中，提高磁流变液的利用效率；另一方面对转动轴产生一定同向运动的驱动力矩，可以减少磁流变液对转动轴的零场阻尼力矩，并且实现转动轴的高速自由旋转。当需要对高速旋转的转动轴实现任意角度的控制时，去除压电陶瓷的施加电压，超声近场部分停止工作，由于超声近场的作用，使得磁流变液中的磁性颗粒更加均匀的分布在磁流变液的基液当中，此时对励磁线圈施加一定的电流，励磁线圈产生的磁力线穿过磁流变液，磁流变液中的磁性颗粒被磁化后作出快速响应，并且沿着磁力线方向呈链状分布，并随磁场强度的增加，磁流变液呈现固态和半固态状态，对制动圆盘产生一定的制动力矩，从而实现对转动轴任意角度的控制；当去除励磁线圈的电流后，磁流变液恢复牛顿流体状态，对压电陶瓷施加特定频率的电压，超声近场作用，转动轴恢复高速自由旋转。整个过程实现对高速自由旋转轴的精确控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。