一种电热挤压圆盘磁流变与电磁轴瓦摩擦联合传动装置的制作方法

1.本发明涉及动力传动技术领域，尤其涉及一种电热挤压圆盘磁流变与电磁轴瓦摩擦联合传动装置。


背景技术：

2.磁流变液作为一种形态和性能受外加磁场约束和控制的固液两相智能材料，是由微米级的磁性颗粒均匀分布于基础液和表面活性剂中形成的特殊非胶性悬浮液体。其优异的性能表现在外部磁场的作用下，磁流变流体在毫秒间完成从液态到粘塑性体的可逆转变。在磁感应强度增大过程中，这些流体的表观粘度可以表现出几个数量级的变化，具有一定的剪切屈服强度，并且可由外加磁场连续控制。形状记忆合金是新型智能材料，具有一定初始形状的形状记忆合金在一定条件下进行一定程度的变形之后，通过适当地改变温度又会发生逆变形，使材料恢复成初始形状，在形状恢复的过程中，形状记忆合金若受到约束就会产生很大的回复力，利用其回复力可对外做功；基于磁流变液控制连续、转变可逆、响应迅速的优异的性能，使其在传动装置领域具有广阔的应用场景。如cn103603891a公开的“多片式磁流变液电磁离合器”，它采用多片式结构，利用磁流变液作为介质充满电磁离合器的多个主、从动摩擦片间的间隙，形成多个磁流变液工作环面，间隙磁场强度大，分布合理，传递力矩大，结构紧凑、刚性比较好，安装维护方便；结构简单，可靠性高，传动平稳，适用于各种中小型自动化设备和伺服传动装置。如cn102278446a公开的“一种磁流变液软启动装置”，该装置启动时先通过磁流变液介质传递力矩,当启动平稳后再平稳过渡到齿轮传动；既解决了硬启动的冲击问题,特别是带负载启动的难题,又保证了在启动平稳以后传动的可靠性。如cn110360248a公开的“一种可回收结构运动能量的磁流变制动器”，它以制动轴带动转子磁轭及永磁体旋转时，产生与定子绕组切割的旋转磁场，在定子绕组中产生可以向外输出的感应电流。该磁流变制动器不仅可以回收结构运动能量，而且结构紧凑，适用限制小。如cn103591234a公开的“基于磁流变液和形状记忆合金的楔形挤压软启动装置”，该装置利用了磁流变液的挤压强化效应，提高了软启动装置的传递功率；同时通过记忆合金协助传递转矩，使软启动装置的传递性能更加可靠。
3.以上专利，利用挤压磁流变液使装置传递转矩增大，或利用离心衔铁瓦的摩擦力增大装置传递的转矩，或利用结构堆叠增大传递的转矩；但任然无法克服磁流变液传递转矩有限；不能有效弥补因温度升高，磁流变液性能下降，导致的传递转矩下降的问题；不能根据转速自动适应性地进行转矩传递。同时，传动装置发热而转化为的能量直接被舍弃，造成了能源的浪费，同时也会使传动装置的传动效率降低，而形状记忆合金的形状记忆效应能够用于弥补温升带来的磁流变液性能下降，也能吸收利用传动装置产生的热能。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决磁流变液传递转矩有限，
随温度升高性能下降，稳定性差，不能根据转速自动适应性地进行转矩传递，传动效率降低，并造成能源浪费的问题，提供一种电热挤压圆盘磁流变与电磁轴瓦摩擦联合传动装置，能够利减少温度过高对磁流变液的影响，同时形状记忆合金弹簧产生的挤压力使磁流变液产生挤压强化效应，有效提升传动装置的传动性能，保证转矩传递的稳定性；并且，励磁线圈产生的热量传导至形状记忆合金弹簧，通过形状记忆合金的温度形状记忆效应产生挤压力对外产生作用，从而充分转化利用热能，降低能源浪费。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种电热挤压圆盘磁流变与电磁轴瓦摩擦联合传动装置，包括主动轴、从动轴以及传动壳体，所述传动装置壳体包括依次相连的左端盖、从动圆筒以及右端盖；所述主动轴穿过右端盖后伸入壳体内，并通过轴承与左端盖和右端盖相连，且主动轴位于从动壳体内的部分扩大形成传动段；所述从动轴与左端盖固定连接；在传动段靠近两端处分别设有绕其一周的线圈槽，在两线圈槽内分别绕设有一励磁线圈；其特征在于：在传动段上对称设有两块衔铁瓦，两衔铁瓦活动相连，且衔铁瓦沿传动段径向移动过程中，两衔铁瓦始终相连在一起，当两衔铁瓦贴合在传动段上时，能形成一衔铁环，且该衔铁环与从动圆筒之间具有间隙；在衔铁瓦内侧的中部设有导向柱，在传动段上，对应该导向柱的位置设有第一第一导向槽，该导向柱的一端与衔铁瓦相连，另一端伸入第一导向槽内，并与传动段滑动配合相连，且在导向柱与第一导向槽之间设有压紧形状记忆合金弹簧；在衔铁环的外侧中部设有绕其一周的设有一的容液槽，在该容液槽内填充有磁流变液；在容液槽的两侧分别设有一绕衔铁环一周的衔铁密封环，且衔铁瓦沿传动段轴向移动过程中，该衔铁密封环始终能够将衔铁瓦与从动圆筒之间的间隙封闭；在传动段的两端与左端盖和右端盖之间分别设有一挤压盘，所述挤压盘套设在主动轴上，并能沿主动轴移动，且当挤压盘与传动段贴合时，挤压盘对应与左端盖和右端盖之间均具有间隙，在挤压盘的外缘与从动圆筒之间设有挤压密封环；该挤压盘靠近传动段的一侧绕其一周设有数根导向杆，在传动段上，对应导向杆的位置设有第二导向槽，所述导向杆的一端与挤压盘相连，另一端伸入第二导向槽内，并与传动段滑动配合相连；在导向杆与第二导向槽之间设有挤压形状记忆合金弹簧；在靠近左端盖的挤压盘与左端盖之间以及靠近右端盖的挤压盘与右端盖之间的间隙内也填充有磁流变液。
6.进一步地，所述衔铁瓦的两端分别与传动段的两端平齐。
7.进一步地，所述衔铁密封环的外侧与从动圆筒固定连接，在衔铁瓦的外侧，对应衔铁密封环的位置设有密封槽，所述衔铁密封环的内侧伸入该密封槽内，并与密封槽的侧壁紧贴。
8.进一步地，在主动轴上沿其轴向开设有导热孔，所述导热孔的右端贯穿主动轴的右端，左端延伸至传动段的中部；两第一导向槽的槽底通过第一传热孔与导热孔相连通，各第二导向槽的槽底通过第二传热孔与第一传热孔相连通。
9.进一步地，在主动轴上设有电刷滑环，所述励磁线圈的两端通过导线与该电刷滑环相连，其中，所述导线的一端与电刷滑环相连，另一端穿过第二传热孔、第一传热孔以及导热孔后与电刷滑环相连。
10.进一步地，所述导向杆的直径小于第二导向槽的直径，其外端扩大形成滑块，该滑块的直径与第二导向槽的直径一致，并与导向槽的侧壁贴合；所述挤压形状记忆合金弹簧
套设在导向杆上，其里端与第二导向槽的槽底相连，外端与滑块相连。
11.进一步地，在左端盖、从动圆筒以及右端该上分别设有一注液孔，其中，从动圆筒上的注液孔与容液槽相连通；在注液孔上配合设有注液螺塞。
12.进一步地，两衔铁瓦相连的一侧分别设有卡槽与卡板，所述卡槽贯穿衔铁瓦的两端，所述卡板延伸至与衔铁瓦的两端平齐；该卡板插入卡槽内，其两侧分别与卡槽的两侧壁贴合，且衔铁瓦沿传动段径向移动过程中，卡板始终位于该卡槽内。
13.进一步地，在导向柱与第一导向槽之间设有密封圈。
14.进一步地，在左端盖的外侧设有闷盖，所述闷盖与左端盖固定连接，并将左端盖封闭，所述从动轴与该闷盖固定连接；在右端盖的外侧设有透盖，该透盖套设在主动轴上，并与右端盖固定连接，在透盖与主动轴之间设有毛毡圈。
15.与现有技术相比，本发明具有如下优点：1、将电磁摩擦传动与磁流变剪切传动相结合，能传递更大的转矩；在高温下，形状记忆合金弹簧所产生的压紧力也能弥补装置传递转矩下降的部分，从而大大提高转矩传递的可靠性和稳定性。
16.2、励磁线圈所产生的磁场能够吸引衔铁瓦，从而把衔铁瓦压紧在圆筒壳体上，产生的摩擦转矩进一步增大传动装置转矩的传递；同时，励磁线圈发热所产生的热量传递给压紧形状记忆合金弹簧，使形状记忆合金弹簧推动衔铁瓦，增强了衔铁瓦对圆筒壳体内壁的挤压力，进一步的提高了传动装置转矩传递，从而保证了高温工作条件下传动装置工作稳定性。
17.3、励磁线圈发热产生的热量传递给挤压形状记忆合金弹簧，挤压形状记忆合金弹簧推动挤压盘，挤压盘挤压磁流变液使磁流变液产生挤压强化现象，通过对固化的磁流变液进行挤压可以显著的提升磁流变液的剪切屈服应力；随着温度继续上升，挤压形状记忆合金弹簧对磁流变液的挤压力也越大，磁流变液的挤压强化更加明显，温度越高，传动装置所传递的转矩就越大，这样就进一步地补偿因温度上升磁流变液性能下降而损失的转矩，从而进一步保证制动的可靠性和稳定性。
18.4、将励磁线圈产生的热量传递至形状记忆合金弹簧，从而将线圈耗散的热能利用形状记忆合金转化为机械能，减少了温度过高使磁流变液性能衰减，增强了高温工况下传动装置的传动性能，并且充分转化利用了热能，减少了能源浪费；并且转矩的传递，根据温度进行自动调节，从而大大提高转矩传递的有效性。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图。
20.图2为图1沿a—a向的剖视图。
21.图3为本发明中衔铁瓦的结构示意图。
22.图中：1—主动轴，2—从动轴，3—左端盖，4—从动圆筒，5—右端盖，6—传动段，7—励磁线圈，8—衔铁瓦，9—压紧形状记忆合金弹簧，10—磁流变液，11—衔铁密封环，12—挤压盘，13—挤压密封环，14—导向杆，15—挤压形状记忆合金弹簧，16—导热孔，17—电刷滑环，18—注液螺塞，19—闷盖，20—透盖。
具体实施方式
23.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
24.实施例：参见图1、图2以及图3，一种电热挤压圆盘磁流变与电磁轴瓦摩擦联合传动装置，包括主动轴1、从动轴2以及传动壳体；所述传动装置壳体包括依次相连的左端盖3、从动圆筒4以及右端盖5；其中，左端盖3和右端盖5均通过连接螺钉与从动圆筒4固定连接，左端盖3和右端盖5的中部分别设有一轴承孔，所述轴承孔与从动圆筒4同轴心线设置。所述主动轴1穿过右端盖5后伸入壳体内，并通过轴承与左端盖3和右端盖5相连，且主动轴1位于从动壳体内的部分扩大形成传动段6；所述从动轴2与左端盖3固定连接；所述轴承安装于左端盖3和右端盖5的轴承孔内；在轴承的内侧与主动轴1之间以及轴承的外侧与轴承孔的孔壁之间均设有密封圈。具体实施时，在左端盖3的外侧设有闷盖19，所述闷盖19与左端盖3固定连接，并将左端盖3封闭，所述从动轴2与该闷盖19固定连接；在右端盖5的外侧设有透盖20，该透盖20套设在主动轴1上，并与右端盖5固定连接，在透盖20与主动轴1之间设有毛毡圈。从而使传动壳体内部形成一封闭的空腔。
25.在传动段6靠近两端处分别设有绕其一周的线圈槽，在两线圈槽内分别绕设有一励磁线圈7。在传动段6上对称设有两块衔铁瓦8，其中，所述衔铁瓦8的两端分别与传动段6的两端平齐，使能够穿过衔铁瓦8的磁通足够多，以增大衔铁受到的电磁力。两衔铁瓦8活动相连，且衔铁瓦8沿传动段6径向移动过程中，两衔铁瓦8始终相连在一起，当两衔铁瓦8贴合在传动段6上时，能形成一衔铁环（轴套），且该衔铁环与从动圆筒4之间具有间隙。在加工过程中，两衔铁瓦8相连的一侧分别设有卡槽与卡板，所述卡槽贯穿衔铁瓦8的两端，所述卡板延伸至与衔铁瓦8的两端平齐；该卡板插入卡槽内，其两侧分别与卡槽的两侧壁贴合，且衔铁瓦8沿传动段6径向移动过程中，卡板始终位于该卡槽内；这样能够使两衔铁瓦8相对移动，并且始终相连在一起。在衔铁瓦8内侧的中部设有导向柱，在传动段6上，对应该导向柱的位置设有第一第一导向槽，该导向柱的一端与衔铁瓦8相连，另一端伸入第一导向槽内，并与传动段6滑动配合相连。在导向柱与第一导向槽之间设有密封圈，使导向柱与第一导向槽侧壁之间的密封效果更好。为保证衔铁瓦8在移动过程中的稳定性，其内侧中部向内凸出形成一定位凸台，该定位凸台呈弧形其轴心先与衔铁瓦8的轴心线重合，并延伸至衔铁瓦8的两侧边缘。在传动段6对应该定位凸台的位置，设有与定位凸台相对应的定位槽，所述定位凸台伸入该定位槽内，并与定位槽滑动配合相连，且衔铁瓦8沿传动段6的径向移动过程中，定位凸台始终位于该定位槽内，从而避免衔铁瓦8产生轴向移动。在导向柱与第一导向槽之间设有压紧形状记忆合金弹簧9，通过该压紧形状记忆合金弹簧9能够带动衔铁沿传动段6的径向移动；作为一种实施方式，该压紧形状记忆合金弹簧9的两端分布与导向柱和第一导向槽的槽底相连。
26.在衔铁环的外侧中部设有绕其一周的设有一的容液槽，在该容液槽内填充有磁流变液10。在容液槽的两侧分别设有一绕衔铁环一周的衔铁密封环11，且衔铁瓦8沿传动段6轴向移动过程中，该衔铁密封环11始终能够将衔铁瓦8与从动圆筒4之间的间隙封闭。制作时，所述衔铁密封环11的外侧与从动圆筒4固定连接，在衔铁瓦8的外侧，对应衔铁密封环11的位置设有密封槽，所述衔铁密封环11的内侧伸入该密封槽内，并与密封槽的侧壁紧贴；从而使衔铁环的移动过程中密封效果更好，并且加工更加方便。
27.在传动段6的两端与左端盖3和右端盖5之间分别设有一挤压盘12，在挤压盘12表
面通过冷喷涂或者激光熔覆技术覆盖有非晶耐磨损高导磁功能涂层（fe-si-b-cr-c-w），以保证挤压盘12的耐磨性。所述挤压盘12套设在主动轴1上，并能沿主动轴1移动，且当挤压盘12与传动段6贴合时，挤压盘12对应与左端盖3和右端盖5之间均具有间隙。在挤压盘12的外缘与从动圆筒4之间（以及内缘与主动轴1之间）设有挤压密封环13；其中，所述挤压密封环13与挤压盘12固定连接，从而保证挤压盘12在移动过程中的密封效果。该挤压盘12靠近传动段6的一侧绕其一周设有数根导向杆14，在传动段6上，对应导向杆14的位置设有第二导向槽，所述导向杆14的一端与挤压盘12相连，另一端伸入第二导向槽内，并与传动段6滑动配合相连。为使装配更加方便，所述挤压盘12通过连接销钉与导向杆14固定连接。在导向杆14与第二导向槽之间设有挤压形状记忆合金弹簧15，通过该挤压形状记忆合金弹簧15能够带动挤压盘12沿主动轴1的轴向移动。其中，所述导向杆14的直径小于第二导向槽的直径，其外端扩大形成滑块，该滑块的直径与第二导向槽的直径一致，并与导向槽的侧壁贴合；所述挤压形状记忆合金弹簧15套设在导向杆14上，其里端与第二导向槽的槽底相连，外端与滑块相连；这样，挤压形状记忆合金对挤压盘12的推动作用效果更好。在靠近左端盖3的挤压盘12与左端盖3之间以及靠近右端盖5的挤压盘12与右端盖5之间的间隙内也填充有磁流变液10。在左端盖3、从动圆筒4以及右端该上分别设有一注液孔，其中，从动圆筒4上的注液孔与容液槽相连通；在注液孔上配合设有注液螺塞18；从而便于磁流变液10的加注。
28.在主动轴1上沿其轴向开设有导热孔16，所述导热孔16的右端贯穿主动轴1的右端，左端延伸至传动段6的中部。两第一导向槽的槽底通过第一传热孔与导热孔16相连通，各第二导向槽的槽底通过第二传热孔与第一传热孔相连通；从而使整个传动装置（尤其是励磁线圈7）产生的热量能够快速传递到形状记忆合金弹簧上，从而提高形状记忆合金弹簧的相应效率。作为优化，线圈槽的槽底通过第三传热孔与各第二导向槽相连通，从而能使励磁线圈7散发的热量更直接、快速地传递至形状记忆合金弹簧，使形状记忆合金弹簧的响应更快；在导向杆14上还开设有导线孔，所述导线孔的两端分别与第三传热孔和第二传热孔的位置相对应。在主动轴1上设有电刷滑环17，所述励磁线圈7的两端通过导线与该电刷滑环17相连，其中，所述导线的一端与电刷滑环17相连，另一端穿过第三传热孔、导线孔、第二传热孔、第一传热孔以及导热孔16后与电刷滑环17相连。具体实施时，在主动轴1的右端还设有一密封螺塞，通过该密封螺塞将传热孔封闭，从而提高整个传动装置的密封效果。
29.为了使各工作间隙内的磁流变液10均能产生磁流变效应，挤压盘12对应与左端盖3和右端盖5之间的间隙以及衔铁瓦8上的容液槽的深度应处于磁流变液10有效工作间隙范围内（如：磁流变液10剪切屈服应力为58.5kpa，粘度为0.23pa
·
s，可控传动比为20时，有效间隙为1.149mm）。
30.工作过程中：1.初始状态下，主动轴1在原动机的驱动下转动，励磁线圈7未通电时，磁流变液10中的磁性颗粒在基础液中处于自由状态状态，依靠磁流变液10零磁场下的粘性转矩不能带动从动轴2转动，温度小于60℃下，形状记忆合金弹簧未产生驱动力，传动装置处于分离状态。
31.2．当励磁线圈7通电，励磁线圈7产生的磁通穿过磁流变液10，磁流变液10中的磁性颗粒沿磁通方向排列成链状结构，依靠此链状结构的剪切应力所传递的转矩能带动传动壳体和从动轴2转动；并且磁场强度受电流控制，随磁场强度增大磁流变液10链化程度更加显著，当磁流变液10达到磁饱和时，磁流变液10所能传递的转矩达到最大值。同时，励磁线
圈7产生的磁力线穿过衔铁瓦8产生电磁力，该电磁力驱使衔铁瓦8压紧在从动圆筒4的内壁，从而产生摩擦转矩，依靠磁流变液10与电磁摩擦转矩共同作用带动从动轴2转动；并且，衔铁瓦8在离心力作用下，增大了压紧力，提升了传动装置传动性能。
32.3．在持续传动过程中，传动装置中磁流变液10的工作温度逐渐上升，上升到某一温度（如60℃）时，磁流变液10中磁性颗粒组成的磁链结构稳定性开始下降，传动性能也下降，随温度的升高，下降越显著。但此时，压紧形状记忆合金弹簧9和挤压形状记忆合金弹簧15在热能驱动下产生形状记忆效应，挤压形状记忆合金弹簧15推动挤压盘12向外移动，进而使挤压盘12对磁流变液10形成挤压，通过磁流变液10的挤压强化，磁流变液10能够克服磁饱和引起的剪切屈服应力增长停滞，能够有效的提升磁流变液10的剪切屈服应力，从而进一步提升传动装置的传动性能；同时，压紧形状记忆合金弹簧9推动衔铁瓦8向外移动与从动圆筒4进一步挤压，使两者之间的摩擦力增大，从而增大摩擦转矩，进一步提升传动装置的传动性能。该过程中，整个装置产生的热量（励磁线圈7产生的热量）通过导热孔16和传热孔能够快速的传导给压紧形状记忆合金弹簧9和挤压形状记忆合金弹簧15，从而大大提高形状记忆合金的相应效率。
33.另外，在整个过程中，转矩的传递，根据温度进行自动调节，从而大大提高转矩传递的有效性。
34.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。