基于智能材料的手部康复训练器设计(4)

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2 基于磁流变液的流变电机

2.1 磁流变液

2.1.1 磁流变液及磁流变效应

磁流变液是一种具有发展前途和工程应用价值的新型智能材料。性能良好的磁流变液在磁场的作用下能产生明显的磁流变效应，即在液态和固态之间进行快速可逆的转化，这种转化是在毫秒量级的时间内完成的。在该过程中，磁流变液的粘度保持连续、无级变化，整个转化过程极快，且可控，能耗极小[12]。

未加磁场时，磁流变液的流变学特性与普通牛顿流体（是指在任意小外力的作用下即能流动的流体，并且流动的速度梯度( )与所加的切应力( )的大小成正比）相似，若加一中等强度的磁场作用时，其表观粘度系数增加两个数量级以上，当磁流变液受到一强磁场作用时，就会变成类似“固体”的状态，流动性消失。一旦撤掉磁场后，又恢复成原来状态。

一般认为，磁流变液的工作是通过离散在载液中的可极化粒子实现的，如图2.1所示。粒子的平均直径在～范围内，无磁场作用时，粒子自由分散在载液中，当有磁场作用时，这些粒子在磁场作用下相互吸引，沿着极和极之间的磁力线在两极间形成粒子链，从而产生了抗剪切屈服应力，宏观上表现为粘度的增大，磁场越强，粒子链越粗且越稳定，抗剪切能力越强[13]。当磁场移去之后，磁流变液又立即恢复到自由流动状态。当外加的剪切力低于其屈服应力时，粘稠的磁流变液相当于韧性的固体，当外力超过其屈服应力时，韧性则被剪断，呈现出流体的特征。

磁流变液的磁流变效应

2.1.2 磁流变液的工作模式

磁流变器件的工作模式总体上采取三种基本的设计形式：（1）管道流模式，（2）直接剪切模式，（3）挤压模式，如图2.2所示。

管道流模式是将磁流变液置于两个固定的平行极板间，施加的磁场为零时，只需施加很小的压力磁流变液就能顺利流过平行极板，施加的磁场增大时，平行极板间的磁流变液粘度变大，必须增大施加的压力才能推动磁流变液流过平行极板，该模式是依靠平行极板两端的压力差驱动磁流变液产生阻尼力如图2.2（a）。，该模式通过极板的移动切割磁流变液产生阻尼力如图2.2（b）。挤压模式将力施加于一只极板使它向另一只极板移动，该模式只能用于微小运动、大阻尼力场合。