高剪切速率下磁敏智能材料多物理量测试装置

1.本发明涉及流变性能测试技术领域，涉及一种高剪切速率下磁敏智能材料多物理量测试装置。


背景技术：

2.磁敏材料在减振缓冲领域受到极大的关注，基于磁敏材料的器件具有响应速度快、阻尼力在磁场下连续可调、功耗低等优点。应用于缓冲领域的磁流变器件中的磁敏材料通常工作在高剪切速率下，此时磁敏材料表现出与低剪切速率下截然不同的非线性特性，现有的针对磁敏材料测试的流变仪存在剪切速率低、测试材料粘度低和物理量测试单一等缺点。
3.因此，为解决以上问题，需要一种新型磁敏智能材料多物理量测试装置，该装置可获得磁敏智能材料在不同温度、磁场及高剪切速率下的非线性流变特性与机理。


技术实现要素：

4.有鉴于此，一种高剪切速率下磁敏智能材料多物理量测试装置，包括装料组件、测试组件和箱体，所述装料组件安装于箱体内并设置有一腔体用于装盛待测磁敏智能材料，所述测试组件安装于装料组件腔体内并在腔体内形成磁场，所述箱体具有动力输出功能，能够在一定磁场条件下，对待测磁敏智能材料施加旋转剪切作用，然后通过测试组件接收此过程中的多物理量测试信号。
5.进一步，所述箱体由底板、侧板、顶盖板、伺服电机和转子组成，所述伺服电机安装于顶盖板上，所述转子以可拆卸的方式安装于伺服电机的输出轴的端部并位于装料组件腔体内，所述转子与测试组件壁面之间形成剪切通道并将装料组件分割形成缓冲腔，所转子与所述待测磁敏智能材料接触并在伺服电机的带动下剪切待测磁敏智能材料。
6.进一步，所述装料组件包括测试盒、隔磁盖板和管接头，所述隔磁盖板盖于测试盒上，所述管接头包括加料口和出料口，所述加料口安装于隔磁盖板上，所述出料口安装于测试盒底部。
7.进一步，所述测试组件包括测试腔外筒、环形导磁块、励磁线圈、线圈骨架和霍尔传感器，所述环形导磁块安装于测试腔外筒顶部，所述励磁线圈通过线圈骨架安装于测试腔外筒并位于测试腔外筒与环形导磁块之间位置处，所述转子与环形导磁块、测试腔外筒和剪切通道中的待测磁敏智能材料共同构成装置的导磁回路，所述霍尔传感器安装于环形导磁块内侧并与剪切通道相邻用于对剪切通道处径向磁场进行动态测量。
8.进一步，所述箱体还包括升降平台和升降装置，所述升降平台为凹型结构，所述升降平台通过升降装置安装于箱体内并位于底板上用于承托装料组件，升降平台通过升降装置实现竖直方向上的升降以实现装料组件的升降。
9.进一步，所述测试组件还包括扭矩传感器，所述扭矩传感器安装于升降平台内部并与测试盒底部相连用于测量转子剪切待测磁敏智能材料过程中产生的扭矩。
10.进一步，所述装料组件还包括恒温装置，所述恒温装置包括进水口、出水口和水浴通道，所述进水口和出水口安装在测试盒的外壁上并分别位于测试盒两侧，所述水浴通道设置于测试盒的外壁中且与进水口和出水口相连通，进水口和出水口均与外置水浴相连，保证了测试过程中待测磁敏智能材料处的温度恒定可控。
11.进一步，所述转子为“工”字型结构，所述转子将测试盒内部空间分隔形成位于转子上部、下部的两个缓冲腔，以及位于转子中部的粘性剪切区，所述缓冲腔与粘性剪切区均与剪切通道相连通。
12.进一步，所述测试盒沿高度方向的底面向上突出形成限位部，所述限位部用于防止转子高速转动时晃动产生偏心。
13.进一步，特别说明的是，磁敏智能材料包括但不限于磁流变液、磁流变胶。
14.本发明的有益效果：
15.本发明公开了一种高剪切速率下磁敏智能材料多物理量测试装置，本发明可以测试速度、磁场和温度场下磁敏智能材料的力学参数，同时装置的测量范围能覆盖低剪切速率区域和高剪切速率区域，有助于研究磁敏智能材料在不同温度、磁场及高剪切速率下的非线性流变特性与机理，进而为其在装备智能缓冲领域的应用奠定基础。
附图说明
16.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
17.图1是本发明实施例的结构示意图；
18.图2是本发明实施例的升降平台升起状态的结构示意图；
19.图3是本发明实施例的升降平台降下状态的结构示意图；
20.图4是根据本发明实施例的升降平台与扭矩传感器安装示意图；
21.图5是根据本发明实施例的测试盒结构示意图；
22.图6是根据本发明实施例的伺服电机与转子的连接结构示意图；
23.附图标记：
24.箱体-100；旋转轴-200；电机输出轴-201；上缓冲腔-32’；下缓冲腔-32”；第一剪切通道-33’；第二剪切通道-33”；水浴通道-34；插销-35；材料出入通道-36；安装槽-37；密封圈-38；
具体实施方式
25.图1是本发明实施例的结构示意图；图2是本发明实施例的升降平台升起状态的结构示意图；图3是本发明实施例的升降平台降下状态的结构示意图；图4是根据本发明实施例的升降平台与扭矩传感器安装示意图；图5是根据本发明实施例的测试盒结构示意图；图6是根据本发明实施例的伺服电机与转子的连接结构示意图；附图标记：箱体-100；旋转轴-200；电机输出轴-201；凹槽-202；上缓冲腔-32’；下缓冲腔-32”；第一剪切通道-33’；第二剪切通道-33”；水浴通道-34；插销-35；材料出入通道-36；安装槽-37；密封圈-38；
26.需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方
位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中，若无特殊说明，则“连接”“安装”等均通过螺栓连接等可拆卸的固定连接方式实现，此为现有技术，在此不再赘述。
27.特别说明的是，磁敏智能材料(说明书也称待测材料)包括但不限于磁流变液、磁流变胶。
28.如图所示，一种高剪切速率下磁敏智能材料多物理量测试装置，包括装料组件、测试组件和箱体，所述装料组件安装于箱体内并设置有一腔体用于装盛待测磁敏智能材料，所述测试组件安装于装料组件腔体内并在腔体内形成磁场，所述箱体具有动力输出功能，能够在一定磁场条件下，对待测磁敏智能材料施加旋转剪切作用，然后通过内置传感器接收此过程中的多物理量测试信号。
29.本实施例中，所述箱体由底板31、侧板9、顶盖板7、伺服电机1和转子12组成，底板和侧板构成箱体的主体结构，所述顶盖板上设置有一个固定座2，所述伺服电机固定安装于顶盖板上的固定座上，所述转子通过转子连接轴4以可拆卸的方式安装于伺服电机的输出轴的端部并位于装料组件腔体内，所述转子与测试组件壁面之间形成剪切通道并将装料组件分割形成缓冲腔，所述转子与所述待测磁敏智能材料接触并在伺服电机的带动下剪切待测磁敏智能材料。
30.本实施例中，所述装料组件包括测试盒28、隔磁盖板16和管接头，所述隔磁盖板盖于测试盒上，所述管接头包括加料口11和出料口11’，所述加料口安装于隔磁盖板上部，所述出料口安装于测试盒底部。所述装料组件可同时实现装料和清洗功能，装料时，待测材料从测试盒底端上的出料口进入缓冲腔与剪切通道中，向测试盒内加料直至待测材料充满缓冲腔和剪切通道并通过加料口稳定输出，停止加料；清洗时，清洗剂由隔磁盖板上的加料口注入测试盒，待测材料伴随清洗剂由出料口排出测试盒，持续向测试盒内注入清洗剂至出料口排出的清洗剂中不含有待测材料时。
31.本实施例中，所述测试组件包括测试腔外筒18、环形导磁块17、励磁线圈14、线圈骨架15和霍尔传感器；本实施例中，测试腔外筒为截面“l”型的环状结构，所述环形导磁块安装于测试腔外筒顶部，测试腔外筒和环形导磁块构成一个截面为“c”型的环状结构，所述励磁线圈通过线圈骨架安装于测试腔外筒并位于测试腔外筒与环形导磁块之间位置处，即励磁线圈安装于“c”型腔内；所述转子与环形导磁块、测试腔外筒与剪切通道中的待测磁敏智能材料共同构成装置的导磁回路。所述霍尔传感器安装于环形导磁块内侧并与剪切通道相邻用于对剪切通道处径向磁场进行动态测量，环形导磁块具有内环和外环，在环形导磁块的内环位置处开槽，所述霍尔传感器即安装于该槽内。
32.本实施例中，箱体还包括升降平台20和升降装置，所述升降平台通过升降装置安装于箱体内并位于底板上用于承托装料组件，升降平台通过升降装置实现竖直方向上的升降以实现装料组件的升降。升降平台安装于导柱19上，导柱固定于箱体底板31和顶盖板7之间位置处，升降平台20底部与升降连接板21固定连接，升降连接板21通过连接杆39连接于凸轮22，连接杆的两端开设有圆孔，通过螺栓完成各部件的连接；箱体的底板31上设置有凸轮底座23，所述凸轮22固定安装于凸轮底座23，杠杆24一端与凸轮相连，另一端延伸至箱外并位于棘轮下方位置处，棘轮27平行于凸轮22设置与侧板上并位于箱体外部，棘轮上固定设置有手柄26，调节手柄时，棘轮转动并带动杠杆随动，杠杆与凸轮相连接，则杠杆也会带
动凸轮转动，即棘轮27转动的角度等同于凸轮22转过的角度，凸轮22角度发生变化并带动连接杆39随动，连接杆沿竖直方向顶起升降连接板21，完成平台的升降。
33.本实施例中，测试组件还包括扭矩传感器，所述扭矩传感器安装于升降平台内部并与测试盒底部相连用于测量转子剪切待测磁敏智能材料过程中产生的扭矩。本实施例中，扭矩传感器25通过螺栓固定安装于升降平台20的内部，扭矩传感器25顶部的法兰结构与测试盒28底端的通过插销相连，完成扭矩的测量。
34.本实施例中，装料组件还包括恒温装置，所述恒温装置包括进水口13、出水口13’和水浴通道，所述进水口13和出水口13’安装在测试盒的外壁上并分别位于测试盒两侧，所述水浴通道设置于测试盒的外壁中且与进水口和出水口相连通，进水口和出水口均与外置水浴相连通，恒温装置的设置保证了测试过程中待测磁敏智能材料处的温度恒定可控。
35.本实施例中，所述转子12为“工”字型结构，转子的上部沿径向向外延伸形成上凸台，转子的下部沿径向向外延伸形成下凸台，所述转子将测试盒内部空间分割形成位于转子上部的上缓冲腔32’、位于转子下部的下缓冲腔32”以及位于上凸台和下凸台之间位置处的粘性剪切区32，上凸台和环形导磁块构成了上剪切通道33’，下凸台和测试腔外筒构成了下剪切通道33”，所述缓冲腔、粘性剪切区均与剪切通道相连通。缓冲腔的设置，可以保证在测试过程中剪切通道内始终充满待测磁敏智能材料。因为要施加磁场，采取的是励磁线圈的方式，正好对应转子中间部分。不管转子用什么形式，与线圈相邻的磁敏材料处是没有磁场通过的，如果采用直筒形柱状转子，除了有效剪切区的力矩，中间部分(无磁场区域)依旧会有依赖于材料本身的剪切力矩，我们希望测试的是磁致剪切力矩，因此无磁场区域的力矩最好是越小越好，而采用工字形的转子，这部分空间要大于直圆筒形，故而剪切力矩更小，可以不计入影响。
36.本实施例中，所述测试盒沿高度方向的底面向上突出形成限位部，所述限位部用于防止转子高速转动时晃动产生偏心。本实施例中，限位部为万向滚珠轴承30，所述万向滚珠轴承通过安装槽37安装于测试盒内的底部。使用万向滚珠轴承可以减小转子转动时与限位部之间产生的摩擦。
37.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。