一种永磁激励的磁流变过载安全防护鼓式联轴器的制作方法

本发明属于安全防护动力传递装置，具体涉及一种永磁激励的磁流变过载安全防护鼓式联轴器。
背景技术：
：传统联轴器分为刚性联轴器和具有一定轴向、径向和角度误差可调的绕挠性联轴器。前者由于具有结构简单、成本低、可传递较大转矩的优点，在机械传动装置中广泛应用。后者使用了一些粘弹性元件，具有一定的吸收和减振的能力，在一些工作环境要求较高的场合得以应用。这两种联轴器在工作过程中没有过载保护的功能。随着机械行业的发展，其对机械系统组成元件的要求越来越高，其中包括元件的力学性能、精度、多功能化以及自动防故障性能、旋转减振以及安全保护功能等。在这些性能中自动防故障是工作人员在操作过程中人身安全的保障，同时能够保证设备的正常运行。因此，“一种极限扭矩联轴器”(专利号：200910272344)公开了一种极限扭矩联轴器,该联轴器使用新型智能材料磁流变液作为传递介质,联轴器的励磁线圈与集流环相连,电源与集流环相连,通过调节电源的输出电压或输出电流,从而改变励磁线圈的通电电压或通电电流的大小,以此来控制磁流变液工作区的磁感应强度大小及剪切应力的大小,实现对联轴器传递扭矩的可控可调。然而，此联轴器虽然力矩可调,但使用电流励磁,耗能且效率低。为了克服这个问题，一种永磁型磁流变液极限扭矩联轴器(专利号：201010501932.6)公开了一种永磁型磁流变联轴器。其关键结构如下：主动转筒的内壁上均匀分布有8～24个转筒梯形槽，从动转子的圆柱体上均匀分布着相同数量的转子梯形槽，转筒梯形槽和转子梯形槽内分别嵌有转筒永磁体和转子永磁体，转筒永磁体和转子永磁体的极性朝向相反，转筒永磁体和转子永磁体的安装位置的外侧分别装有转筒隔离片和转子隔离片，磁流变材料安置在转筒和转子之间的间隙。该联轴器能够实现零耗能，但由于永磁体排列问题，使得磁流变材料所在区域无法达到最优磁路，最终降低最大输出扭矩。再者，(专利号：201610243330.2)公布了一种联轴器，其关键技术“给永磁铁罩体通电产生强烈的电磁场，依靠磁流变液作为传力介质，通过选用永磁体提供磁源，使磁流变液发生固化反应，以此提供足够的动态剪切屈服应力传递扭矩。”说明书上没有对永磁体的排列方式进行技术描述，同样是的磁流变液无法达到最大输出剪切屈服应力。该发明所使用的磁流变液具有挥发性，不适合长期使用。说明书种所述的外加永磁体罩体会增加联轴器的体积和重要，提生产成本。本发明一种永磁激励的磁流变过载安全防护鼓式联轴器预采用磁流变脂为传力介质，永磁体为激励源，永磁体之间的排列规律为轴向磁场和径向磁场相互交替排列，能够最大限度提高磁流变脂所在区域的磁感应强度，进而提高联轴器最大输出扭矩，且具有无耗能，当外载荷小于传递扭矩的时起动力传递作用，反之则起到过载安全保护的作用，同时具有减振作用。磁流变脂的流变性能与磁流变液相近。在外加磁场作用下系统瞬间变成类固体状态，从而具有一定的剪切屈服应力。去掉外加磁场后，又变成原来的类似润滑脂的状态，此过程连续、可逆。磁流变脂相比于磁流变液具有更加稳定的物理结构，内部颗粒不会发生沉降和团聚。其剪切应力随外加磁场强度的变化满足binghan模型，具体表达如下：式中，τ为材料的剪切应力；τy(b)为材料的剪切屈服应力，与磁场有关；η为材料的粘度；r为转盘半径；w为转盘角速度；h为两转盘之间的间隙。技术实现要素：1、本发明的目的本发明提供了一种永磁激励的磁流变过载安全防护鼓式联轴器，该联轴器以磁流变脂为传力介质、以永磁体为激励源。通过永磁体在磁流变脂所在空间产生磁场，使得磁流变脂具有一定的剪切屈服应力，进而能够传递一定的扭矩。此外，更重要的是，永磁体之间的排列规律为轴向磁场和径向磁场相互交替排列，能够最大限度提高磁流变脂所在区域的磁感应强度，进而提高联轴器最大输出扭矩。该产品不需要外界提供能量，具有结构简单、紧凑，操作方便，成本低的特点。2、实现本发明目的的技术解决方案本发明提出了一种永磁激励的磁流变过载安全防护鼓式联轴器，包括主动轴、滚珠轴承、端盖、壳体、永磁体、螺栓、鼓式转筒、蒙盖、从动轴、磁流变脂、隔离环、密封圈；主动轴和从动轴分别与鼓式转筒和蒙盖固连；主动轴通过滚珠轴承与端盖联接，形成转动副；端盖和蒙盖里侧都开有环形凹槽，永磁体安装在该环形凹槽里面，并通过隔离环将永磁体与磁流变脂相隔离；所述隔离环有两个；所述永磁体有多个，每个永磁体为环状，并且成同心同平面排列，永磁体之间的排列规律为轴向磁场和径向磁场相互交替排列，磁场集中于一侧；端盖、壳体、蒙盖以及鼓式转筒之间形成腔室，磁流变脂充满于盖腔室中，并通过密封圈密封。更进一步，所述主动轴、从动轴、端盖和壳体、蒙盖为非导磁铝合金材料；所述鼓式转筒为强导磁低碳钢材料；所述隔离环、密封圈为聚氨酯材料。更进一步，端盖、蒙盖与壳体通过螺栓连接；更进一步，所述永磁体有四个，且其宽度相同。更进一步，所述磁流变脂内部磁性颗粒为羰基铁粉。3、本发明有益效果本发明以联轴器以磁流变脂为传力介质、以永磁体为激励源。通过永磁体在磁流变脂所在空间产生磁场，使得磁流变脂具有一定的剪切屈服应力，进而能够传递一定的扭矩。此外，更重要的是，永磁体之间的排列规律为轴向磁场和径向磁场相互交替排列，能够最大限度提高磁流变脂所在区域的磁感应强度，进而提高联轴器最大输出扭矩。另外，根据外界工作要求可以更换永磁体的材料，从而调节永磁体的磁性来达到调控传递扭矩范围的目地。该产品不需要外界提供能量，具有结构简单、紧凑，操作方便，成本低的特点。当外载荷小于传递扭矩的时起动力传递作用，反之则起到过载安全保护的作用，同时具有减振作用。附图说明图1为本发明一种永磁激励的磁流变过载安全防护鼓式联轴器的整体结构示意图。图2为本发明一种永磁激励的磁流变过载安全防护鼓式联轴器内部永磁体另一种布置方式的整体结构示意图。图3为本发明一种永磁激励的磁流变过载安全防护鼓式联轴器永磁体之间轴向磁场和径向磁场相互交替排列方式示意图。图4为本发明一种永磁激励的磁流变过载安全防护鼓式联轴器中磁流变脂的剪切力随磁场变化曲线。图5为永磁体普通排列方式示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。图1中，本发明所述的一种永磁激励的磁流变过载安全防护鼓式联轴器，包括主动轴1、滚珠轴承2、端盖3、壳体4、永磁体5、螺栓6、鼓式转筒7、蒙盖8、从动轴9、磁流变脂10、隔离环11、密封圈12。结合图1-图3，主动轴1和从动轴9分别与鼓式转筒7和蒙盖8固连；主动轴1通过滚珠轴承2与端盖3联接，形成转动副；端盖3、蒙盖8与壳体4通过螺栓6连接；端盖3和蒙盖8里侧都开有环形凹槽，永磁体5安装在该环形凹槽里面，并通过隔离环11将永磁体5与磁流变脂10相隔离；端盖3、壳体4、蒙盖8以及鼓式转筒7之间形成腔室，磁流变脂10充满于盖腔室中，并通过密封圈12密封。主动轴1、从动轴9、端盖3和壳体4、蒙盖8为非导磁铝合金材料；鼓式转筒7为强导磁低碳钢材料；隔离环11、密封圈12为聚氨酯材料。隔离环11有两个。永磁体5有四个，每个永磁体5为环状，并且成同心同平面排列，永磁体5之间的排列规律为轴向磁场和径向磁场相互交替排列。磁流变脂10内部磁性颗粒为羰基铁粉。结合图1-图4，本发明具体实施过程如下：永磁体5产生磁场，作用在磁流变脂10所在区域，磁流变脂10发生流变效应，从而具有一定的剪切屈服应力，剪切应力随磁场强度变化曲线，从图3中可以看出磁流变脂的饱和剪切应力能够达到65kpa以上。进而将鼓式转筒7和端盖3、壳体4以及蒙盖8柔性固定在一起，使得联轴器具有一定的极限转矩，能够传递一定范围的扭矩。当外界负载大于该极限转矩的时候，鼓式转筒7和端盖3、壳体4以及蒙盖8分离，起到过载安全防护的作用，反之，则正常运行。永磁体5之间的排列规律为轴向磁场和径向磁场相互交替排列，该排列方式能够在同等情况下产生的磁场主要集中于一侧，进而大大增大了转盘一侧磁流变脂10的剪切屈服应力。另外，根据外界工作要求可以更换永磁体5的材料，从而调节永磁体5的磁性来达到调控传递扭矩范围的目地。通过实验测试，测试环境分别是永磁体为普通排列方式(图5所示)和永磁体为本发明排列方式下，对本发明所述的一种永磁激励的磁流变过载安全防护单盘式联轴器内部磁流变脂的剪切屈服应力以及联轴器的输出扭矩进行测试，并做了对比，具体结果如表1所示。表1永磁体排列方式普通排列本发明排列磁流变脂剪切屈服应力45kpa61kpa联轴器输出扭矩11.2nm15.6nm可以发现，在其它测试环境一样的情况下，本发明永磁体排列方式比普通永磁体排列方式能够产生更大的磁流变脂剪切屈服应力和联轴器的输出扭矩。当前第1页12