基于磁流变液的传动装置.pdf

本发明涉及基于磁流变液的传动装置。传统传动装置结构复杂，加工困难且很难做到无级变速。本发明包括变速箱、动力输入轴、动力输出轴、电磁线圈、磁流变液箱。前端盖和后端盖固定设置在变速箱外壳的两端；磁流变液箱设置在变速箱内，包括箱体和盖板，盖板固定设置在箱体的顶面。传动转子设置在磁流变液箱内，包括转子本体和传动轴。动力输入轴穿过变速箱的前端盖设置，一端与磁流变液箱箱体中心固定垂直连接。动力输出轴穿过变速箱的后端盖设置，一端与传动轴的另一端连接；传动轴与磁流变液箱的盖板通过轴承连接。沿变速箱外壳的圆周设置有电磁线圈总成对。本发明提出的传动装置结构相对简单，变速时平稳无冲击，无噪声且控制简单方便。

1、  基于磁流变液的传动装置，包括变速箱、动力输入轴、动力输出轴、电磁线圈、传动转子、磁流变液箱，其特征在于：
变速箱包括圆筒形的外壳，前端盖和后端盖分别固定设置在外壳的两端；
磁流变液箱设置在变速箱内，磁流变液箱包括箱体和盖板，所述的箱体为圆筒形，箱体的底面封闭、顶面开放；盖板固定设置在箱体的顶面；
传动转子设置在磁流变液箱内，传动转子包括转子本体和传动轴，所述的转子本体为实心的圆柱体，传动轴的一端与转子本体顶面的中心固定垂直连接；传动转子与磁流变液箱径向间隙d为1.5～3毫米、轴向间隙h为3～5毫米，所述的间隙内充满磁流变液；
变速箱、磁流变液箱、传动转子同轴设置；
动力输入轴穿过变速箱的前端盖设置，一端与磁流变液箱箱体的底面的中心固定垂直连接；
动力输出轴穿过变速箱的后端盖设置，一端与传动轴的另一端连接；传动轴与磁流变液箱的盖板通过轴承连接；
动力输入轴、动力输出轴、传动轴同轴设置；
变速箱内沿变速箱外壳的圆周对称设置有n个电磁线圈总成对，n≥4，每个电磁线圈总成对包括对称设置在磁流变液箱两侧的两个电磁线圈总成，所有电磁线圈总成设置在磁流变液箱与变速箱的前、后端盖之间的位置；所述的电磁线圈总成包括线圈绕杆和电磁线圈，电磁线圈绕置在线圈绕杆上，线圈绕杆的一端与变速箱外壳固定连接，另一端通过连接梁与磁流变液箱固定连接。

基于磁流变液的传动装置
技术领域
本发明涉及传动装置，尤其是涉及利用磁流变液的液态和固态两相转换可逆且响应快速这一物理特性的传动装置。
背景技术
变速装置是传动系统的核心部分之一。在传动系统中，变速装置起着联接动力部分与执行部分，实现对执行部分转速与转矩等控制要求。变速装置的性能，对传动系统的动态特性、静态特性以及传动效率都有直接的影响。
随着技术的发展，变速装置的性能要求越来越高，并从有级变速向无级变速发展。传统的机械式变速装置，结构复杂，加工困难，且很难做到真正的无级变速。传统机械式变速装置存在以下的缺陷：速度转换时响应慢；速度转换时有冲击，且噪声较大；工作时发热严重；难以实现相对复杂的控制要求。目前，随着磁流变液这种新型智能材料的出现，研究者们开始研究基于这种新型智能材料的传动装置。磁流变液在外部磁场作用下，其剪切屈服强度，表观粘性等流变特性会发生数量级的转变，这种转变具有很好的可控与可逆性，且响应迅速。
研究者们试图利用其黏性连续可控的性质，研制可控的无级变速装置。其典型结构为：输入轴与输出轴之间采用一对盘片或多对交错的盘片做离合体，盘片之间充满磁流变液。通过控制外加磁场的强度，使盘片间磁流变液的黏性力在一定范围内连续变化，从而实现对输出轴在一定范围内的无级变速。这种变速装置依靠摩擦传递转矩，发热严重，传动效率太低。
发明内容
本发明的针对现有技术的不足，提供一种基于磁流变液的传动装置，可以实现无级变速。
本发明的传动装置包括变速箱、动力输入轴、动力输出轴、电磁线圈、传动转子、磁流变液箱。
变速箱包括圆筒形的外壳，前端盖和后端盖分别固定设置在外壳的两端。
磁流变液箱设置在变速箱内，磁流变液箱包括箱体和盖板；所述的箱体为圆筒形，箱体的底面封闭、顶面开放；盖板固定设置在箱体的顶面。
传动转子设置在磁流变液箱内，传动转子包括转子本体和传动轴；所述的转子本体为实心的圆柱体，传动轴的一端与转子本体顶面的中心固定垂直连接。传动转子与磁流变液箱径向间隙d为1.5～3毫米、轴向间隙h为3～5毫米，所述的间隙内充满磁流变液。
变速箱、磁流变液箱、传动转子同轴设置。
动力输入轴穿过变速箱的前端盖设置，一端与磁流变液箱箱体的底面的中心固定垂直连接。
动力输出轴穿过变速箱的后端盖设置，一端与传动轴的另一端连接；传动轴与磁流变液箱的盖板通过轴承连接。
动力输入轴、动力输出轴、传动轴同轴设置。
变速箱内沿变速箱外壳的圆周对称设置有n(n≥4)个电磁线圈总成对，每个电磁线圈总成对包括对称设置在磁流变液箱两侧的两个电磁线圈总成，所有电磁线圈总成设置在磁流变液箱与变速箱的前、后端盖之间的位置；所述的电磁线圈总成包括线圈绕杆和电磁线圈，电磁线圈绕置在线圈绕杆上，线圈绕杆的一端与变速箱外壳固定连接，另一端通过连接梁与磁流变液箱固定连接。
本发明提出的传动装置，其电磁线圈输入高频周期性控制电流，并利用磁流变液的液态和固态两相转换可逆且响应快速这一物理特性，通过调节控制电流每周期通断时间的比例，控制每周期内离合体的接合与分离时间比例，可以实现无级变速。本发明所具有的有益效果是：
(1)结构相对简单，变速时平稳无冲击，无噪声且控制简单方便；
(2)采用调节控制电流每周期脉动信号的占空比来实现无级变速，工作时发热量少，能量的传递效率高。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明控制电流示意图。
具体实施方式
如图1所示，无级变速装置包括变速箱、动力输入轴、动力输出轴、电磁线圈、传动转子、磁流变液箱。
变速箱包括圆筒形的外壳13，前端盖9和后端盖1分别固定设置在外壳13的两端。
磁流变液箱设置在变速箱内，磁流变液箱包括箱体12和盖板2；所述的箱体12为圆筒形，箱体12的底面封闭、顶面开放；盖板2固定设置在箱体12的顶面，箱体12与盖板2的接合处设置密封圈。
传动转子设置在磁流变液箱内，传动转子包括转子本体6和传动轴4；所述的转子本体6为实心的圆柱体，传动轴4的一端与转子本体6顶面的中心固定垂直连接。传动转子与磁流变液箱径向间隙d为2毫米、轴向间隙h为4毫米，所述的间隙内充满磁流变液。
变速箱、磁流变液箱、传动转子同轴设置。
动力输入轴10穿过变速箱的前端盖9设置，一端与磁流变液箱箱体12的底面的中心固定垂直连接。
动力输出轴3穿过变速箱的后端盖1设置，一端与传动轴4的另一端连接；传动轴4与磁流变液箱的盖板2通过轴承5连接，传动轴4与盖板2接合处设置密封圈。
动力输入轴、动力输出轴、传动轴同轴设置。
变速箱内沿变速箱外壳的圆周对称设置有4、6或8个电磁线圈总成对，每个电磁线圈总成对包括对称设置在磁流变液箱两侧的两个电磁线圈总成，所有电磁线圈总成设置在磁流变液箱与变速箱的前、后端盖之间的位置；所述的电磁线圈总成包括线圈绕杆7和电磁线圈8，电磁线圈8绕置在线圈绕杆7上，线圈绕杆7的一端与变速箱外壳固定连接，另一端通过连接梁11与磁流变液箱固定连接。
如图2所示，当电磁线圈中输入适当频率的周期性脉动控制电流信号时，此控制电流为适当频率的周期性脉动信号，周期为T，每周期通电时间为t，磁流变液在液态和固态间做快速周期性切换。当电磁线圈处于通电状态时，离合体间磁流变液为固态，箱体与磁性材料作成的传动转子接合，从而带动输出轴转动；当线圈出于断电状态时，磁流变液为液态，箱体与传动转子，输入轴带动箱体空转，箱体空转时，输出轴转速逐渐降低，通过速度传感器测定当前输出轴转速，当输出轴转速低于设定转速时，电磁线圈再次通电时间为t，使得输出轴转速提高，通过调节控制电流，使通电时间t与周期T的比在0～1间连续变动，从而使输出轴的转速在0～N(N为输入轴转速)间连续变化，从而实现无级变速功能。