基于虛擬儀器的圓盤式電流變傳動機構的動態(tài)分析

時間：2023-03-18 15:40:01 理工畢業(yè)論文我要投稿

相關推薦

摘要：電流變流體（ERF）是一種新型智能物質，在高壓電場作用下，能快速實現液一固的轉變，且響應速度快。研究了圓盤式電流變傳動機構的動態(tài)特性，并采用NI虛擬儀器對機構進行分析、檢測和控制，通過實驗得出數據，進而分析了輸入轉矩、輸出轉矩、轉速與所加高壓電場的關系。

電流變流體（ERF）是一種新型的智能材料，它的粘性和屈服應力可用外加電場加以控制。隨著現代科學技術的發(fā)展，機電一體化（Mechatronics）越來越受到重視，把機、電、液融合為一體，用微機進行控制的流體元件及系統(tǒng)不斷問世。將電流變流體技術應用于機械系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)，可實現無移動件或少移動件的機構，極大地改善了系統(tǒng)的動態(tài)品質[1]。

電流變流體的應用領域很廣泛，在工程應用方面包括液壓工程、汽車制造工業(yè)、機器人系統(tǒng)、流體密封領域等。其在汽車制造工業(yè)中，可用于汽車發(fā)動機冷卻風扇的調速離合器、傳動離合器、阻尼可控的減振器或計算機控制是懸掛系統(tǒng)等。采用ER技術設計制造的汽車零部件，具有性能優(yōu)良、無磨損、壽命長、制造工藝性好、成本低的特點，而且可直接用計算機控制，無需接口。采用ER技術的汽車在未來市場競爭中具有明顯的優(yōu)勢。電流變傳動的自動控制系統(tǒng)由三部分組成，即機械傳動機構、計算機檢測與控制裝置和電流變流體。

1 機構工作原理

圖1所示為圓盤式電流變傳動機構工作原理圖。中間盤和芯軸連在一起，芯軸左端有步地電機，芯軸右端接負載，左右端各套一個圓盤，左右圓盤和中間盤間充滿ERF。本實驗中ERF選用哈爾濱工業(yè)大學復合材料研究所研制的HITL2型ERF，外加電場由電子開關控制。輸入信號由芯軸左端進電機提供。由于輸入信號很小，而芯軸右端接有負載，所以芯軸轉動不起來。這時由導步電機帶動左右圓盤以大小相等、方向相反的轉速ΩL、ΩR旋轉，將需要加高壓電源的一側的電子開關合上（如要增加力矩，則合上左側的電子開關），此時圓盤和中間盤間的ERF會產生中流變效應，通過圓盤將產生的附加力矩傳遞給中間盤輸出。

圖2 實驗原理圖

可以看出，中間盤的軸的左端輸入微小的機械控制信號，右端可以輸出大的力矩，電場使左盤或右盤與中間盤之間的ERF粘度變稠，產生大的剪切應力，從而使中間盤克服負載力矩，按輸入信號轉動。這就是雙圓盤式電流變傳動機構的工作原理。

2 系統(tǒng)理論模型

ERF在無外加電場作用時表現為牛頓流體。在有外加電場作用下表現為接近Bingham流體，在低應變率下，具有粘彈性能[2]。在高電場下，是具有高屈服應力的粘塑性體。

其本構方程為：

τ=τy ηplγ （1）

其中，τ為流體流動產生的剪切應力，τy是在電場作用下，電流變流體逐漸固化或稠化所產生的屈服應力，γ是剪切速率。

屈服應力與外加電場的關系為：