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磁流變液在機(jī)械工程中的應(yīng)用論文
磁流變液屬可控流體，是智能材料中研究較為活躍的一支。下面就是小編整理的磁流變液在機(jī)械工程中的應(yīng)用論文，一起來看一下吧。
引言
磁流變液（MRF）作為一種新型智能材料，在外加磁場(chǎng)下其流變特性可以發(fā)生急劇變化：在沒有外加磁場(chǎng)環(huán)境下，其是流動(dòng)性良好的牛頓流體，而一旦受到外加磁場(chǎng)的作用，流體的流變特性將發(fā)生極大的變化，其表觀粘度可以在10ms內(nèi)增加數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，并且表現(xiàn)出與固體相類似的力學(xué)性質(zhì)，而且這種粘度的變化是可擬的，在去掉磁場(chǎng)作用后，其又會(huì)變成流動(dòng)性良好的牛頓流體。由于其具有這種特點(diǎn)，因此，其在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是機(jī)械工程領(lǐng)域。
1 磁流變液的構(gòu)成及其流變特性
磁流變液主要由三個(gè)部分組成，即載液、軟磁性顆粒以及穩(wěn)定劑，其中載液是組成磁流變液的重要成分，具有低凝固點(diǎn)、低粘度、耐腐蝕性以及熱穩(wěn)定性的特點(diǎn)，磁流變液應(yīng)用的載液具有很多種，比如煤油、硅油等；軟磁顆粒作為一種晶體尺寸在0.01-10μm的球形顆粒，種類也有很多種，而羥基鐵粉與純鐵粉則是應(yīng)用最廣泛的軟磁顆粒；在磁流變液中，穩(wěn)定劑具有重要的作用，其不僅具有潤(rùn)滑的作用，還能夠保證磁流變液的穩(wěn)定性以及具有一定的抗腐蝕性，同時(shí)，其還能夠防止磁性顆粒的沉降與聚集。
磁流變效應(yīng)是1948年Rabinow發(fā)現(xiàn)的，可以采用Bingham本構(gòu)關(guān)系，對(duì)流變的特性進(jìn)行描述，主要內(nèi)容如下：
……（1）
在上述式子中，指的是磁流變液動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力，其中B、γ分別指的是磁感應(yīng)強(qiáng)度、剪切應(yīng)變率；η為磁流變液的表觀粘度。
在磁性顆粒未飽和前，當(dāng)磁性強(qiáng)度B增強(qiáng)，也隨之增大，可以用下面冪函數(shù)來表示：
……（2）
在上述式子中，磁流變液的材料決定系數(shù)α的常數(shù)，同時(shí)冪指數(shù)n的常數(shù)也是由磁流變液的材料決定的。
2 磁流變液的工作模式
2.1 閥式模式
在閥式模式下，磁流變液通常會(huì)在在兩個(gè)靜止的板極之間被限制，在兩個(gè)板極的垂直作用之下，磁流變液的流動(dòng)性能會(huì)發(fā)生一定的變化，從而使由磁流變液的流動(dòng)活塞受到的阻力發(fā)生變化，進(jìn)而達(dá)到通過控制外加磁場(chǎng)對(duì)阻力進(jìn)行控制的目的。大部分流體的減震閥、控制閥采用的都是這種工作模式，比如四川宜賓普什重機(jī)有限公司研制的在工程機(jī)械中使用的發(fā)動(dòng)機(jī)磁流變懸置系統(tǒng)，該系統(tǒng)就是針對(duì)某工程機(jī)械用發(fā)動(dòng)機(jī)，首先對(duì)磁流變懸裝置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行確定，然后完成磁路設(shè)計(jì)。
2.2 剪切模式
在剪切模式下，上下兩極板是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的'，外加磁場(chǎng)通過極板作用于兩極板之間的磁流變液，使之在兩極板之間產(chǎn)生剪切力，通過改變磁場(chǎng)可連續(xù)改變切應(yīng)力一切應(yīng)變率的特性。運(yùn)用這種工作模式的磁流變器件很多，諸如離合器、制動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)式阻尼器等。
2.3 擠壓模式
擠壓模式下，磁極在與磁場(chǎng)幾乎平行的方向上移動(dòng)，磁流變液體處于交替拉伸、壓縮的狀態(tài)，并發(fā)生剪切，雖然磁極的位移量很小，但產(chǎn)生的阻力卻很大。現(xiàn)今這種擠壓模式運(yùn)用不多，國(guó)內(nèi)有學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究。這種模式主要用于設(shè)計(jì)開發(fā)行程較小的減振器的磁流變器件，可以應(yīng)用于汽車、機(jī)械加工、土木工程、醫(yī)療器械、航空航天及軍事等領(lǐng)域中。
3 磁流變液在機(jī)械工程中的應(yīng)用
3.1 在傳動(dòng)裝置中的應(yīng)用
磁流變傳動(dòng)裝置一種新型的傳動(dòng)技術(shù)，將流變效應(yīng)作為理論基礎(chǔ)，將磁流變液作為介質(zhì)，從而通過合理調(diào)節(jié)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度，使磁流變液的剪切屈服應(yīng)力改變，實(shí)現(xiàn)傳遞轉(zhuǎn)矩或力的改變。磁流變傳動(dòng)裝置具有響應(yīng)時(shí)間短、控制簡(jiǎn)單、控制能源消耗低的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械工作中具有較廣的應(yīng)用范圍，比如無極調(diào)速、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)、制動(dòng)等。
3.2 在拋光裝置中的應(yīng)用
磁流變拋光是一種用磁場(chǎng)輔助的流體動(dòng)力拋光技術(shù)，磁流變拋光具有拋光效率高、受磁場(chǎng)可控、剪切應(yīng)力大、磨頭無磨損、溫度適用范圍寬等其他傳統(tǒng)拋光方法所沒有的優(yōu)點(diǎn)，并且通過計(jì)算機(jī)的控制可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜光學(xué)表面的加工。楊建國(guó)等對(duì)磁流變拋光的兩種不同結(jié)構(gòu)的裝置進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)比較，給出了拋光裝置的關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)方法；張學(xué)成等研究了磁流變液射流在外加軸向磁場(chǎng)作用下的穩(wěn)定性。
3.3 在減振裝置中的應(yīng)用
在震動(dòng)控制系統(tǒng)中，主要應(yīng)用的是磁流變阻尼器，其具有能耗低、工作連續(xù)可擬以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，而且其還可以實(shí)時(shí)的進(jìn)行主動(dòng)或半主動(dòng)控制，因此，磁流變阻尼器可以在各種場(chǎng)合中進(jìn)行應(yīng)用，具有較為廣泛的應(yīng)用前景。
3.4 在機(jī)械密封中的應(yīng)用
磁流變液密封主要利用磁性液體對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)特性。把磁性液體注入由高性能的永磁體、導(dǎo)磁性良好的極靴以及軸構(gòu)成的導(dǎo)磁回路中，形成數(shù)個(gè)液體“O”形密封圈，當(dāng)磁性液體受壓差作用時(shí)，會(huì)在非均勻磁場(chǎng)中移動(dòng)，這時(shí)不均勻的磁場(chǎng)就會(huì)使磁性液體產(chǎn)生對(duì)抗壓差的磁力進(jìn)而達(dá)到新的平衡，這樣就起到了密封的作用。此外，磁流變液在機(jī)械工程中還可以用于特種軸承、機(jī)械手、機(jī)器人傳感器和無級(jí)變速器仿人肌肉、人機(jī)一體化機(jī)構(gòu)等仿生智能機(jī)構(gòu)上，也可以應(yīng)用在虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備中，如研制基于磁流變液的力反饋數(shù)據(jù)手套等。
3.5 在柔性夾具中的應(yīng)用
在進(jìn)行一些形狀復(fù)雜的工件加工時(shí)，可以合理利用磁流變液的流變特性，進(jìn)行定位與夾緊，從而為機(jī)械加工提供便利。目前已經(jīng)有很多的研究人員對(duì)磁流變液在柔性夾具中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，包括磁流變液手柄、磁流變液頂針結(jié)構(gòu)、柔性夾具裝置等，并取得了較好的實(shí)際應(yīng)用效果。
結(jié)束語
綜上所述，磁流變液作為一種便于控制的新型智能材料，在外加磁場(chǎng)的作用下，其可以在極短的時(shí)間內(nèi)由牛頓流體變?yōu)榍?yīng)力較高的粘塑膠體，由于磁流變液的這種轉(zhuǎn)變具有可控、可逆以及連續(xù)性，因此其具有廣闊的應(yīng)用前景。本文主要對(duì)磁流變液在機(jī)械工程中的傳動(dòng)裝置、拋光裝置、減振裝置、機(jī)械密封以及柔性夾具中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。
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