磁流变液流变性能测试装置的设计+CAD图纸(4)
1.5设计内容
根据课题的要求，设计磁流变液的测试装置。设计内容包括以下几个方面：
总体方案的制定
本次设计采用剪切模型对磁流变液的流变性能进行测试，设计整体机械结构以实现测试功能，并介绍测试原理。
方案中各零部件的设计计算及说明
对方案中用到的各零件进行设计。采用标准件的给出型号，并写出选型依据；采用非标准件的给出零件加工图。
内部磁场分析
简化磁场分析模型，对磁流变液处的磁感应强度进行理论计算。再利用有限元分析软件ANSYS进行仿真，对比结果。
2总体设计方案
2.1测试原理
如图2.1所示，磁流变液被置于用磁性材料制成的两平行圆盘之间，磁场方向垂直于圆盘表面并作用于磁流变液。下圆盘不动，上圆盘以角速度旋转，从而带动两圆盘间隙中的被测磁流变液运动，使其承受剪切。若圆盘半径远远大于两圆盘间隙，则可以认为剪切应变率是极半径的线性函数，利用所测得的力矩可计算出被测磁流变液的剪切应力。
图2.1 磁流变液流变性能测试原理图
假设磁流变液全部被屈服作剪切流动，磁流变液传递的转矩为：
T=∫_0^R▒〖dT=2π∫_0^R▒〖τr^2 dr=2π/3 〖τR〗^3=π/12 τD^3 〗〗 (2.1)
式中D—圆盘(剪切盘)直径；
R—圆盘(剪切盘)半径；
由此可得磁流变液的剪切应力为：
τ=12T/(πD^3 ) (2.2)
2.2测试系统
测试系统示意图如图2.2所示。电机带动主动轴旋转，从动轴固定并连接静态扭矩传感器，传感器接后续的数据采集系统。轴承起到支撑轴的作用，并承受一定轴向和径向作用力。挡圈采用非导磁材料，将磁流变液密封在剪切间隙内。剪切间隙控制在1mm左右的范围内，剪切盘的直径为60mm。
线圈通电后产生磁场，磁路如图2.2中的箭头所示。磁流变液在磁场的作用下产生磁流变效应，将转矩传递给从动轴，在旋转的主动轴与固定的从动轴之间承受剪切作用。传感器测出从动轴的转矩即为磁流变液传递的转矩。由2.1中的(2.2)式可以得到磁流变液的剪切应力。
改变线圈通电电流，产生不同的磁场，可得不同的剪切应力，直到达到磁流变液的剪切屈服极限，即磁流变液的剪切应力不再随磁感应强度的增加而改变。
图2.2 测试系统示意图
2.3设计依据
本次设计的测试装置要测磁流变液一系列剪切应力的值，找到磁流变液的剪切应力随磁感应强度的变化规律，并给出所测磁流变液的剪切屈服应力。，为了让磁流变液达到期望的剪切屈服强度，结构参数的设计主要依据磁流变液的剪切屈服应力与磁感应强度之间的关系。
实验室现有的磁流变液是重庆仪表所制造的，型号为J01-T MRF，其剪切应力与磁感应强度的关系如图2.3所示。
图2.3 J01-T MRF型磁流变液剪切应力与磁感应强度关系曲线
由图2.3中拟合曲线的变化趋势可以看出，当磁感应强度B=1T左右时，磁流变液的剪切应力不再随着磁感应强度的增加而改变。此时，认为已达到磁流变液的剪切屈服极限。
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