间隙可调式磁流变液力学性能测试装置的制作方法

本发明属于磁流变液的特性研究领域，特别涉及一种间隙可调式磁流变液力学性能测试装置。

背景技术：

磁流变液(MRF)是一种对磁场敏感、性能可控的新型智能材料。它是一种主要由非磁性载液和分散于其中的磁性颗粒以及添加剂混合而成的悬浮液。在无磁场作用时表现为牛顿流体特性，一旦施加外磁场，其特性可在毫秒级的时间里由牛顿流体转变为具有高黏度、低流动性的Bingham流体，并具有一定的抗剪切屈服能力，这种变化具有连续、可逆、易控、响应迅速及工作温度范围大等特点。因此，作为一种极具前景的智能材料，磁流变液及其器件可广泛应用于车辆、桥梁、医疗、机械、建筑、航空航天等领域。

磁流变液的性能主要包括剪切屈服强度、零场粘度、沉降稳定性和再分散，其中剪切屈服强度与软磁性颗粒的含量、磁学性质以及颗粒粒径密切相关。磁流变液的法向应力伴随其剪切应力产生，是挤压型磁流变液阻尼器以及进一步扩充磁流变液应用领域的研究基础，且正确测试其屈服应力是磁流变液机理研究和应用的关键。因此，开发一种间隙可调式磁流变液屈服应力测试装置具有非常重要的科研价值与经济价值。平板型磁流变测试装置的平板型剪切面积较大，测量时不易产生匀强磁场，而本发明采用圆盘式剪切模式，能够产生较为均匀的匀强磁场。

技术实现要素：

本发明提供了一种间隙可调式磁流变液力学性能测试装置，将磁流变液置于励磁线圈的中央，磁场能垂直且均匀分布在所述的磁流变液上，同时可通过调节励磁线圈中电流的大小来改变磁感应强度的大小，通过调节第一螺栓来调节剪切间隙的大小，和通过调节电机的转速来调节剪切速率。

本发明的技术方案如下：

一种间隙可调式磁流变液力学性能测试装置，包括导磁箱体、端盖、下圆盘、上圆盘、电机、励磁线圈、扭矩传感器和支架，所述的电机连接在所述的端盖上，所述的导磁箱体与所述的端盖可拆卸式连接，所述的上圆盘和所述的下圆盘的中心轴线重合，在所述的上圆盘与所述的下圆盘之间的所述的下圆盘的上端面设有环型磁流变液腔，所述的上圆盘的上端穿出所述的端盖与所述的电机的输出端连接，所述的下圆盘的下端穿过所述的导磁箱体与所述的支架相连接，所述的支架上开有槽，所述的下圆盘通过第一螺栓在所述的槽中上下移动，调节剪切间隙，在所述的导磁箱体内的所述的下圆盘上设有中心轴线重合的轴肩，所述的轴肩上绕有所述的励磁线圈，所述的导磁箱体的底部与所述的扭矩传感器的一端连接，所述的矩传感器的另一端与所述的下圆盘的下端连接。

进一步的优选，还包括电机支撑架，所述的电机与电机支撑架固定为一体，并通过螺钉连接在所述的端盖上；所述的环型磁流变液腔为环型非磁性四氟垫圈。

进一步的优选，所述的上圆盘的上端通过联轴器与所述的电机的输出端连接。

进一步的优选，所述的上圆盘与所述的端盖之间通过轴承连接，所述的轴承与所述的端盖过盈配合连接。

进一步的优选，所述的轴承为直线轴承。

进一步的优选，所述的电机的输出端和所述的上圆盘的中心轴线重合。

进一步的优选，所述导磁箱体、端盖和下圆盘的磁路均采用高磁导率的磁轭材料，所述的上圆盘采用高磁导率低剩磁的20#钢。

进一步的优选，所述的轴肩的形状为圆台形。

进一步的优选，所述的导磁箱体的一侧开有两个孔。

进一步的优选，所述的导磁箱体与所述的端盖螺纹连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一.本发明的一种间隙可调式磁流变液力学性能测试装置，通过在与中心轴线重合的下圆盘上设有一绕有励磁线圈的轴肩，使得磁流变液置于磁场发生装置的中央，磁场能垂直且均匀分布在磁流变液上；

第二.本发明的一种间隙可调式磁流变液力学性能测试装置，通过在所述的支架上开有一定长度的槽，所述的下圆盘通过调节第一螺栓实现其在所述的槽中上下移动，进而实现磁流变液应力测试装置剪切间隙的调节；

第三.本发明的一种间隙可调式磁流变液力学性能测试装置，通过调节励磁线圈中电流的大小来改变磁感应强度的大小，通过调节电机的转速来改变剪切速率，具有操作简便、间隙可调、精确度高、定位准确等优点。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明的一种间隙可调式磁流变液力学性能测试装置的纵向剖面示意图；

图2为本发明的一种间隙可调式磁流变液力学性能测试装置的下圆盘与支架连接关系的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

为了更好的说明本发明，下方结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明的一种间隙可调式磁流变液力学性能测试装置，包括导磁箱体1、端盖2、下圆盘3、上圆盘4、电机5、励磁线圈6、扭矩传感器7、支架8和电机支撑架9，所述的电机5与电机支撑架9通过四个第二螺栓(图中未标示)固定为一体，并通过四个螺钉10固定连接在所述的端盖2上，所述的电机5用于带动所述的上圆盘4转动，所述的导磁箱体1与所述的端盖2通过螺纹16连接，所述的上圆盘4与所述的下圆盘3、所述的电机5的输出端的中心轴线均重合，实现所述的下圆盘3和上圆盘4的轴向固定，在所述的上圆盘4与所述的下圆盘3之间的所述的下圆盘3的上端面设有环型非磁性四氟垫圈11，用于放置磁流变液，所述的上圆盘4的上端穿出所述的端盖2，通过联轴器12与所述的电机5的输出端连接，所述的上圆盘4与所述的端盖2之间通过直线轴承13连接，所述直线轴承13与所述的端盖2过盈配合连接，径向固定上圆盘4，减小摩擦阻力，所述的下圆盘3的下端穿过所述的导磁箱体1与所述的支架8相连接，所述的支架8上开有一定长度的槽18，所述的下圆盘3通过第一螺栓14在所述的槽18中上下移动，调节剪切间隙，在所述的导磁箱体1内的所述的下圆盘3上设有中心轴线重合的轴肩15，所述的轴肩15上绕有所述的励磁线圈6，所述的励磁线圈6为磁场发生装置；所述的导磁箱体1的底部与所述的扭矩传感器7的一端连接，所述的矩传感器7的另一端与所述的下圆盘3的下端连接，具体的，所述的下圆盘3伸出导磁箱体1端的底部通过左旋螺纹孔(图中未标示)与扭矩传感器7一端连接，扭矩传感器7的另一端通过螺纹与下圆盘3的下端连接，从而实现下圆盘3的轴向固定。

所述导磁箱体1、端盖2和下圆盘3的磁路均采用高磁导率的磁轭材料，所述的上圆盘4采用高磁导率低剩磁的20#钢，以约束感应圈漏磁向外扩散，提高磁感应加入的效率。

所述的轴肩15的形状为圆台形，本发明对所述的轴肩15的形状不作限制。

所述的导磁箱体1的一侧开有两个20mm的圆孔，一个圆孔(图中未标示)用于励磁线圈中导线的引出与控制电源相连，另一个圆孔17用于特斯拉计探针的放置。

在磁流变液产生磁流变效应的过程中，会同时产生法向应力，该力将会促使上圆盘4和下圆盘3往相反方向运动，从而引起剪切间隙变化，本发明可通过调节第一螺栓14实现其在所述的槽中上下移动，从而实现磁流变液应力测试装置剪切间隙的调节，同时在与中心轴线重合的下圆盘上设有一绕有励磁线圈的轴肩，使得磁流变液置于磁场发生装置的中央，磁场能垂直且均匀分布在磁流变液上。

其工作原理如下：由于磁流变液在磁场的作用下表现出非牛顿流体的特性，其力学模型可以采用Bingham模型来进行描述，式(1-1)给出的τ_y是磁流变液的磁致剪切屈服应力，η是磁流变液的粘度系数；定义剪切应变为

其中，r为上下剪切盘的半径，h为剪切间隙，ω为电机的转速，根据电机转速和剪切间隙，可以计算得到剪切应变的大小。

剪切转矩可表示为

式(1-3)给出了磁流变液阻尼材料的剪切转矩与剪切圆盘的半径r_d、外部的磁感应强度(主要影响磁致剪切屈服应力)、剪切应变及剪切间隙h之间的关系。根据磁流变液的特性，外加电流后，剪切转矩的大小主要与磁流变液的磁致剪切屈服应力有关，因此可由实验测试得磁流变液剪切扭矩，并通过上式计算获得磁流变液的剪切屈服应力。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。