基于能量再利用的筒盘式磁流变离合器

1.本发明涉及离合器技术领域，尤其涉及一种基于能量再利用的筒盘式磁流变离合器。


背景技术：

2.磁流变液(magnetorheological fluid,mrf)属流动性可控的新型流体，在外部无磁场作用时，mrf呈现低粘度的牛顿流体特性，在外部磁场作用下，mrf可在毫秒间完成从液态到黏塑性体的可逆转变。基于mrf的流变特性，引入mrf作为工作介质，利用mrf的剪切屈服应力来实现动力的传递。同时还可以通过调节外加磁场强度从而改变其剪切屈服应力，进而改变装置传递的转矩大小，由于磁流变液所具有的独特性质，使其在离合器、制动器领域具有广阔的应用前景。
3.如cn212360555 u公开了一种基于电磁力挤压的多盘式磁流变离合器，它采用多盘式结构，增大了磁流变液的工作面积，同时有效地将形状记忆合金和磁流变液联合应用到离合器中，有效解决了磁流变液随环境温度升高性能下降的问题，同时合理利用磁流变液挤压强化效应，提高离合器转矩。如cn206802225u公开了一种形状记忆合金挤压的磁流变液与摩擦联合传动装置，当环境温度升高后,，该装置能够通过形状记忆合金开关自动接通电源，装置温度升高后，形状记忆合金弹簧产生输出力推动从动压盘与主动右壳体产生压力，从动压盘还可以对磁流变液进行挤压,能够增大磁流变液的性能；又如cn107763109a公开的“一种温控变面磁流变传动装置”，通过形状记忆合金弹簧推动主动盘使磁流变液工作面由一个变为两个，能够传递更大的转矩，并且能够根据实时温度自动调节传递的转矩，并保证了传动过程的稳定性。
4.以上相关研究使磁流变液在传动领域的发展起了极大地推动作用，但更多的是对装置结构方面的不断优化改进，而忽略了装置本身产生的热量会降低磁流变液力学性能的问题。但由于励磁线圈电功率损失产生的热量和磁流变液在高剪切应力下工作产生的热量会使离合器装置温度升高，而磁流变液的材料性能极易受到温度的影响，在高温环境下，磁流变液的性能会随着温度的升高逐渐衰减甚至失效，所以如何将工作过程中产生的能量转化为外力做功产生挤压力来增强挤压强化效应，在增加了散热能力的同时又使热能得到了充分的利用，提高了离合器传力性能，对如何减小装置本身热量对磁流变液性能和传力性能的影响具有重要意义。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有基于磁流变液的离合器受温度影响较大，稳定性差的问题，提供一种基于能量再利用的筒盘式磁流变离合器，能够充分利用励磁线圈电功率损失产生的热量和磁流变液在高剪切应力下产生的热量，将热能和电磁能转换为外力功，增强磁流变液的力学性能，从而既能增强散热，减小温度对磁流变液的影响，又能增强挤压强化效应，提高离合器传递稳定性，同时能有效提升磁流变离合
器的传递性能和能量利用率。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种基于能量再利用的筒盘式磁流变离合器，包括主动轴、从动壳体和从动轴，所述从动壳体包括依次相连的左端盖、从动外筒和右端盖，所述主动轴的右端穿过左端盖后伸入从动壳体内，并与左端盖转动连接，所述从动轴与右端盖固定连接；在从动外筒的内侧，靠近两端处分别设有一线圈槽，在该线圈槽内设有励磁线圈；其特征在于：在从动壳体内还设有主动内筒和从动内筒；所述主动内筒套设在主动轴上，并与主动轴固定连接，且能随主动轴同步转动，在主动内筒的右端设有一与主动内筒同轴心线的环形槽，使主动内筒中部形成一轴套；所述从动内筒由衔铁制成，其筒底的中部向筒体内侧方向隆起，形成一与从动内筒同轴心线的套管，该套管与从动内筒侧壁之间形成环形腔；该从动内筒位于主动内筒内，并通过该套管套设在轴套上，且从动内筒的外壁与主动内筒的内壁之间具有间隙；在主动内筒的右端与从动内筒之间设有密封圈，在从动内筒与主动内筒之间的间隙内填充有磁流变液；
7.在从动内筒的环形腔内绕其一周分布有数个形状记忆合金弹簧；在环形内还设有一隔磁盘，所述形状记忆合金弹簧位于隔磁盘与从动内筒的桶底之间，其轴心线与从动内筒的轴心线平行；所述从动内筒的开口端向外侧弯折并延伸形成翻边，且该翻边位于至从动外筒与右端盖之间，并延伸至励磁线圈外侧；在右端盖内侧，对应翻边的位置设有一环形让位槽，所述翻边位于该让位槽内，且翻边的两侧与从动外筒的右端和让位槽槽底之间均具有间隙，使从动内筒能够沿其轴向移动；在从动外筒的右端，绕其一周设有数个复位弹簧，所述复位弹簧的轴心线与从动外筒的轴心线平行，在复位弹簧的作用下，翻边与让位槽的槽底贴合。
8.进一步地，在励磁线圈内侧设有隔磁环，所述隔磁环将励磁线圈封闭在线圈槽内。
9.进一步地，所述从动外筒的右端，对应复位弹簧，设有弹簧容置槽，所述复位弹簧位于弹簧容置槽内，其一端与容置槽槽底固定连接，另一端与翻边固定连接。
10.进一步地，所述复位弹簧位于励磁线圈外侧。
11.进一步地，在主动内筒的左端，设有一注液孔，该注液孔与从动内筒与主动内筒之间的间隙相连通，在注液孔内设有注液螺塞；在左端盖内侧，对应该注液螺塞的位置，设有一环形槽，所述注液螺塞凸出于主动内筒的部分位于该环形槽内。
12.进一步地，在左端盖外侧还设有一透盖，该透盖套设在主动轴上，且与左端盖固定连接。
13.与现有技术相比，本发明具有如下优点：通电后，励磁线圈产生的电磁力吸附从动内筒带动从动内筒朝左端盖方向移动，同时，通过温控形状记忆合金弹簧充分利用励磁线圈电功率损失产生的热量和磁流变液在高剪切应力下产生的热量，并将其转化为机械能，进一步推动从动内筒朝左端盖方向移动，共同挤压磁流变液，增强磁流变液的力学性能，从而既能增强散热，减小温度对磁流变液的影响，又能增强挤压强化效应，提高离合器传递稳定性，同时能有效提升磁流变离合器的传递性能和能量利用率。
附图说明
14.图1为本发明的结构示意图。
15.图2为本发明的分解结构示意图。
16.图中：1-主动轴；2-从动轴；3-左端盖；4-从动外筒；5-右端盖；6-励磁线圈；7-主动内筒；8-从动内筒；9-密封圈；10-磁流变液；11-形状记忆合金弹簧；12-隔磁盘；13-翻边；14-复位弹簧；15-隔磁环；16-注液螺塞；16-透盖。
具体实施方式
17.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
18.实施例：参见图1、图2，一种基于能量再利用的筒盘式磁流变离合器，包括主动轴1、从动壳体和从动轴2。所述从动壳体包括依次相连的左端盖3、从动外筒4和右端盖5，所述主动轴1的右端穿过左端盖3后伸入从动壳体内，并通过轴承与左端盖3转动连接，所述从动轴2与右端盖5固定连接。在从动外筒4的内侧，靠近两端处分别设有一线圈槽，在该线圈槽内设有励磁线圈6。在励磁线圈6内侧设有隔磁环15，所述隔磁环15将励磁线圈6封闭在线圈槽内。在左端盖3外侧还设有一透盖17，该透盖17套设在主动轴1上，且与左端盖3固定连接，在透盖17与主动轴1之间设有毛毡圈，以实现对从动壳体封闭。
19.在从动壳体内还设有主动内筒7和从动内筒8。所述主动内筒7套设在主动轴1上，并与主动轴1固定连接，且能随主动轴1同步转动，其中，主动内筒7的左端，沿其轴心线开设有一轴安装槽，并通过该安装槽套设在主动轴1上，且通过键固定连接。在主动内筒7的右端设有一与主动内筒7同轴心线的环形槽，使主动内筒7中部形成一轴套。所述从动内筒8由衔铁制成，其筒底的中部向筒体内侧方向隆起，形成一与从动内筒8同轴心线的套管，该套管与从动内筒8侧壁之间形成环形腔。该从动内筒8位于主动内筒7内，并通过该套管套设在轴套上，且从动内筒8的外壁与主动内筒7的内壁以及轴套的端部之间具有间隙。在主动内筒7的右端与从动内筒8之间设有密封圈9，在从动内筒8与主动内筒7之间的间隙内填充有磁流变液10。在主动内筒7的左端，设有一注液孔，该注液孔与从动内筒8与主动内筒7之间的间隙相连通，在注液孔内设有注液螺塞16。在左端盖3内侧，对应该注液螺塞16的位置，设有一环槽，所述注液螺塞16凸出于主动内筒7的部分位于该环槽内。
20.在从动内筒8的环形腔内绕其一周分布有数个形状记忆合金弹簧11；在环形内还设有一隔磁盘12，所述形状记忆合金弹簧11位于隔磁盘12与从动内筒8的桶底之间，其轴心线与从动内筒8的轴心线平行。在形状记忆合金弹簧11外侧还设有弹簧套，所述弹簧套的右端穿过隔磁盘12后与有端盖相连，左端与从动内筒8的筒底之间具有间距，从而能够更好的对弹簧进行导向。所述从动内筒8的开口端(右端)向外侧弯折并延伸形成翻边13，且该翻边13位于至从动外筒4与右端盖5之间，并延伸至励磁线圈外侧。在右端盖5内侧，对应翻边13的位置设有一环形让位槽，所述翻边13位于该让位槽内，且翻边13的两侧与从动外筒4的右端和让位槽槽底之间均具有间隙，使从动内筒8能够沿其轴向移动。在从动外筒4的右端，绕其一周设有数个复位弹簧14，所述复位弹簧14的轴心线与从动外筒4的轴心线平行，其一端与从动外筒4相连，另一端与翻边13相连，在复位弹簧14的作用下，翻边13与让位槽的槽底贴合。所述从动外筒4的右端，对应复位弹簧14，设有弹簧容置槽，所述复位弹簧14位于弹簧容置槽内，其一端与容置槽槽底固定连接，另一端与翻边13固定连接。作为优选，所述复位弹簧14位于励磁线圈6外侧。
21.本方案中，励磁线圈6对从动内筒8的电磁吸力为：
[0022][0023]
式中，μ0为真空或空气中的磁导率；n为单个磁铁的线圈匝数；i为线圈中电流；s0为空气隙面积；δs为空气隙厚度。
[0024]
形状记忆合金弹簧11伸长对从动内筒8产生的推力为：
[0025][0026]
式中，d为弹簧丝径；d为中径；n为有效圈数；λ为弹簧轴向伸缩量；gm为形状记忆合金马氏体相的弹性模量；ga为形状记忆合金奥氏体相弹性模量。
[0027]
工作过程中：主动圆筒与主动轴1通过键连接，当主动轴1转动时，主动圆筒同步转动。此时励磁线圈6不通电，不产生电磁场，主动圆筒与从动圆筒之间的磁流变液10为液态，呈现低粘度的牛顿流体特性，不传递转矩或传递较小的转矩。当励磁线圈6通电时，励磁线圈6产生的电磁场垂直穿过水平横直的磁流变液10工作间隙和端部的工作间隙，磁流变液10中的分散颗粒瞬时链化，在毫秒级时间内从自由流动的液体转变为半固体甚至固体状态，此时将传递较大的转矩，带动从动圆筒转动。同时，励磁线圈6通电对从动圆筒产生电磁吸力，从动圆筒向左端盖3方向移动，对磁流变液10进行挤压，产生挤压强化效应，进一步增大传递的转矩。工作一段时间后，励磁线圈6电功率损失产生的热量和磁流变液10在高剪切应力下产生的热量，使离合器装置温度升高，磁流变液10粘度降低导致材料力学性能下降。该热量经主、从动圆筒传递至形状记忆合金弹簧11，使其受热形变产生回复力轴向推动从动圆筒挤压磁流变液10，磁流变液10受挤压力学性能增强，弥补由温升所带来的性能降低，提高转动稳定性。
[0028]
本方案中，主动内筒7的环形槽的内侧壁与外侧壁与从动内筒8之间均形成筒式结构的间隙，并且为双筒式结构，同时，环形槽的槽底与主动内筒7的筒底之间形成盘式结构间隙，主动内筒7形成的轴套端部与从动内筒8形成的套管端部之间也形成盘式结构间隙，从而使整个离合器形成双筒式结构间隙和双盘式结构间隙，形成筒盘式结合的结构，这样，能够容纳的磁流变液10大大增加，并且磁流变液10的作用面积也大大增加，从而能够传递更大的扭矩。并且，励磁线圈6通电后产生电磁吸力，吸附从动内筒8移动，加强了挤压强化效应；同时，励磁线圈6工作产生的热量，作用于形状记忆合金弹簧11，使热能转换为形状记忆合金弹簧11的回复力做功，既增加了散热，又加强了挤压强化效应；使工作过程中产生的能量重新利用，转换为外力做功，提高了能量利用率。
[0029]
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。