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1、 機(jī)械工程領(lǐng)域磁流變技術(shù)的應(yīng)用研究與討論 劉?!菊?要】針對(duì)磁流變液材料的特性,本文介紹了磁流變技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域中的應(yīng)用,磁流變技術(shù)應(yīng)用到的磁流變液材料可以在外部磁場(chǎng)的作用下,使材料產(chǎn)生流變特性的變化,材料可以在強(qiáng)磁作用下瞬間從液體轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w形態(tài),磁流變液材料具有非常強(qiáng)的屈服性。分析應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題,希望可以促進(jìn)磁流變技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域中的發(fā)展?!娟P(guān)鍵詞】機(jī)械工程;磁流變技術(shù);磁流變液;流變特性磁流變技術(shù)中的磁流變液材料是一種智能材料,可以在液體和半固體狀態(tài)之間自由轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變時(shí)間達(dá)到毫秒的級(jí)別,力學(xué)性能極強(qiáng)。這種可變性和控制簡(jiǎn)單的特點(diǎn)
2、使磁流變技術(shù)成為了機(jī)械系統(tǒng)的中間裝置,在機(jī)械工程領(lǐng)域中有非常高的應(yīng)用價(jià)值。磁流變技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械工程領(lǐng)域中可以讓機(jī)械設(shè)備的反應(yīng)效率提高,并且很大程度上降低了機(jī)械裝置傳動(dòng)能耗。分析磁流變液材料的特性,對(duì)磁流變技術(shù)在機(jī)械工程應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行闡述,希望可以促進(jìn)該技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域中的發(fā)展。1 磁流變技術(shù)簡(jiǎn)介1.1 磁流變效應(yīng)磁流變流體在未經(jīng)磁場(chǎng)干擾時(shí),是以一種液體形式存在的,在磁場(chǎng)的作用下,磁流變材料的性質(zhì)發(fā)生改變,逐漸從液態(tài)向半固態(tài)轉(zhuǎn)變,當(dāng)磁場(chǎng)消除,該材料又會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài),這種轉(zhuǎn)變也稱之為磁流變效應(yīng)。磁流變材料的狀態(tài)轉(zhuǎn)換是可逆的,并且轉(zhuǎn)換時(shí)間非常短,達(dá)到了毫秒。1.2 磁流變液組成和特性磁流變流體
3、中具有磁化顆粒、粘性基液和穩(wěn)定劑,磁化顆粒主要是鐵粉,粘性基液的粘度比較低,硅油或者合成油都可以作為粘性基液,穩(wěn)定劑可以避免磁化顆粒全部聚集在一起,使顆粒懸浮在粘性基液中,在磁流變效應(yīng)發(fā)生時(shí),穩(wěn)定劑可以起到潤(rùn)滑的作用。磁流變液具有可逆性、連續(xù)性、可控性和剪切屈服強(qiáng)度比較大的特性,可逆性是指磁流變液在轉(zhuǎn)變到半固態(tài)之后還可以轉(zhuǎn)變回原來(lái)的液態(tài),實(shí)現(xiàn)了在兩種狀態(tài)之間互相轉(zhuǎn)化,是一種應(yīng)用價(jià)值非常高的智能材料;連續(xù)性是指磁流變液在磁場(chǎng)作用下的狀態(tài)變化是不存在中斷的;磁流變液在磁場(chǎng)作用下剪切屈服強(qiáng)度最高可以達(dá)到50kpa;可控性與外部磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān),所以可以通過(guò)控制磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)對(duì)磁流變液材料的控制,
4、磁感應(yīng)強(qiáng)度的控制可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn),所以該材料的可控性非常高。2 磁流變裝置的工作模式磁流變裝置主要有三種工作模式,分別是流動(dòng)模式、剪切模式和擠壓模式。2.1 流動(dòng)模式流動(dòng)模式是指裝置的上下磁極板是固定不動(dòng)的,磁流變液體會(huì)在壓力的作用下,在兩個(gè)極板之間流動(dòng),壓力等于磁場(chǎng)引起的屈服應(yīng)力與磁流變材料基液粘性分量的和。當(dāng)磁流變液裝置的上下磁極處于相對(duì)靜止的狀態(tài)時(shí),磁流變液會(huì)在磁場(chǎng)的壓差下在極板剩余的空隙中流動(dòng),因?yàn)榇帕髯円后w被限制在上下極板之間,這時(shí)可以通過(guò)磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)控制磁流變液的流動(dòng)速度,該模式就叫做流動(dòng)模式。應(yīng)用到流動(dòng)模式的例如流量閥、制動(dòng)器、減震器等等。2.2 剪切模式剪切模式是指磁流變裝置
5、的兩個(gè)極板以某一固定的速度進(jìn)行平行移動(dòng),外部磁場(chǎng)是以垂直的方向施加在極板上,這就導(dǎo)致了裝置的剪切變形,出現(xiàn)了剪切阻力,這時(shí)裝置的阻力就等于磁場(chǎng)屈服力與原本基液粘性分量的和。在剪切模式下,磁流變液的狀態(tài)會(huì)根據(jù)外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度而改變。應(yīng)用到剪切模式的裝置主要有離合器、閉鎖裝置以及其它的復(fù)合構(gòu)件等等。2.3 擠壓模式擠壓模式中,外部磁場(chǎng)是在磁流變裝置的垂直方向施加的,這時(shí)磁流變裝置的極板會(huì)進(jìn)行上下的相對(duì)運(yùn)動(dòng),在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,磁流變液處于擠壓的狀態(tài)。磁流變裝置的變形會(huì)根據(jù)外部磁應(yīng)力的大小而改變。擠壓模式下磁流變裝置產(chǎn)生的變形非常小,但是變形阻力卻非常的大。應(yīng)用到擠壓模式的裝置主要有振幅比較小的阻尼器、止
6、推軸承等等。3 機(jī)械工程領(lǐng)域中磁流變技術(shù)的應(yīng)用3.1 精密機(jī)械拋光中磁流變技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)用磁流變技術(shù)進(jìn)行精密機(jī)械的拋光,是將被拋光的機(jī)械部件安裝在移動(dòng)拋光壁上某一固定高度上,將磁流變拋光裝置與機(jī)械部件保持一定的距離,當(dāng)磁流變拋光裝置接通磁場(chǎng)時(shí),磁流變拋光裝置就會(huì)向著機(jī)械部件的位置移動(dòng),隨著外部磁場(chǎng)的加大,拋光裝置與機(jī)械部件的距離越來(lái)越小,這是兩者間隙之間會(huì)產(chǎn)生巨大的剪切應(yīng)力,形成拋光區(qū),磁流變拋光裝置就會(huì)去除掉機(jī)械部件在拋光區(qū)中的部分。通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)控制機(jī)械部件的移動(dòng),并精確的計(jì)算部件每個(gè)位置在拋光區(qū)中停留的時(shí)間,有效的對(duì)復(fù)雜機(jī)械部件進(jìn)行精密拋光。3.2 在機(jī)械密封中應(yīng)用磁流變技術(shù)磁流變密封與傳統(tǒng)
7、機(jī)械密封結(jié)構(gòu)基本一致,但是磁流變密封結(jié)構(gòu)的密封性能比較好,并且不會(huì)對(duì)密封部件產(chǎn)生磨損。它主要是通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)密封裝置中的密封間隙進(jìn)行控制,使部件達(dá)到很好的密封效果。磁流變密封圈會(huì)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的加大,剪切作用也逐漸加大,磁流變密封機(jī)械在低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中工作效率比較高。3.3 在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用磁流變技術(shù)應(yīng)用磁流變技術(shù)的機(jī)械傳動(dòng)是根據(jù)磁流變液的流變效應(yīng)進(jìn)行的,主要以磁流變液作為傳動(dòng)介質(zhì),通過(guò)外部磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化,控制磁流變液的轉(zhuǎn)化,使傳動(dòng)的力量產(chǎn)生改變。應(yīng)用磁流變液的機(jī)械傳動(dòng)裝置,可以在很短的時(shí)間內(nèi)做出精確的傳動(dòng)反應(yīng),避免對(duì)傳動(dòng)部件造成較大的磨損,可以對(duì)傳動(dòng)部件的扭矩進(jìn)行調(diào)節(jié),提高傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)效率。3.4
8、 磁流變技術(shù)在減震器上的應(yīng)用具有磁流變技術(shù)的阻尼器可以應(yīng)用到減震系統(tǒng)的控制當(dāng)中,磁流變阻尼器減震器可以實(shí)現(xiàn)減震的主動(dòng)控制,可以重量限制較高,空間限制比較嚴(yán)格的機(jī)械進(jìn)行減震,磁流變阻尼器的減震系統(tǒng)可控性非常強(qiáng),可以對(duì)減震裝置進(jìn)行無(wú)極調(diào)節(jié),例如車用減震器和車輛座椅減震器,這種減震器可以使車輛的振幅減少一半,具有良好的減震效果,將該類減震器安裝在車輛上,很大程度上提高了車輛的可操縱性和舒適性。3.5 柔性?shī)A具中磁流變技術(shù)的應(yīng)用柔性?shī)A具中應(yīng)用磁流變技術(shù),可以使磁流變技術(shù)的流變特性最大限度的發(fā)揮出來(lái),在對(duì)高精度機(jī)械部件進(jìn)行加工時(shí),磁流變?nèi)嵝詩(shī)A具可以對(duì)各種不規(guī)則形狀的部件進(jìn)行夾持。磁流變?nèi)嵝詩(shī)A具可以讓原本
9、的夾具結(jié)構(gòu)從微觀上進(jìn)行改變,使原本單一的壓力夾具延伸出了更具效果的磁流變夾具。通過(guò)外部高強(qiáng)度磁場(chǎng)對(duì)磁流變夾具內(nèi)部的影響,使夾具的柔性?shī)A緊能力的到了很大的提升,而且計(jì)算機(jī)可以對(duì)外部磁場(chǎng)進(jìn)行控制,使夾具的夾緊程度存在差異,不會(huì)導(dǎo)致部件的損壞。4 結(jié)論磁流變技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域中有著非常良好的應(yīng)用前景,目前我國(guó)很多磁流變裝置還沒(méi)有設(shè)定精確的運(yùn)算模型,所以還不能實(shí)現(xiàn)磁流變技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域的普遍應(yīng)用,為了加快磁流變技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域的發(fā)展,一定要加強(qiáng)對(duì)磁流變液的研究,保證磁流變液的穩(wěn)定性,控制磁流變液的基液粘度,使磁流變液的反應(yīng)速度得到提升。避免磁流變技術(shù)的發(fā)展受到磁流變液性能的限制?!緟⒖嘉墨I(xiàn)】1路和,劉新華.磁流變液及其在機(jī)械工程
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