[实用新型]一种磁流变液流变特性的测试系统

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种可控流体材料的流变特性的测试系统，尤其是指一种磁流变液的测试装置。

技术背景：

磁流变液是一种新型的智能流体材料，流变特性通过磁场可控是其最基本的特征。在外部磁场的作用下，其表观粘度发生显著的变化，由液体变为类固体，剪切屈服强度发生数量级的变化，这种特性使得它成为近年来研究的热门材料。对磁流变液的流变特性进行准确的测试和评估是应用本材料的前提。

现有技术中磁流变液流变特性的测试装置采用了平行的双圆盘式的结构，圆盘由软磁材料制造。励磁线圈与圆盘同轴或轴线平行放置，当电流通过励磁线圈后，两圆盘间产生垂直穿透圆盘盘面的磁场，从而使其间的磁流变液产生磁流变效应。上圆盘的作旋转运动，下圆盘固定，造成中间磁流变液的剪切流动，通过测量传递的扭矩可获得磁流变液的剪切强度值。

这种结构具有以下不足：

1.由于两个圆盘的直径远大于其间隙的厚度，而且两圆盘间存在较强的磁力吸引作用，因此由于两个圆平面加工精度的影响和在使用中受到不平衡磁力的作用，间隙的厚度易发生波动，造成磁流变液膜厚度的波动。

2.用于调整圆盘间距的螺纹丝杠的配合间隙会造成圆盘间隙的实际值和设定值的误差。

3.在圆盘结构中，剪切速率沿径向分布是不均匀的。

4.空间开放式的线圈易产生较大的磁场泄露，造成圆盘处的磁场分布不均匀，如圆盘边缘处磁场方向与剪切方向不垂直，并可能影响扭矩传感器。

5.圆盘旋转会由于离心力造成磁流变液向圆周流动，产生表面弯月效应。

因此在剪切速率不均匀和磁场强度不均匀的情况下，对圆盘进行面积分得到的扭矩必然会存在较大误差，所以这种结构无法准确和可靠地测试磁流变液的流变特性。

发明内容：

为克服平行的双圆盘式结构的缺陷，本实用新型提出了一种环状液膜剪切式的磁流变液测试装置。该装置包括驱动组件、磁流变液剪切组件、电磁铁组件、扭矩传递组件、扭矩传感器、支撑架和数据采集与控制系统：

驱动组件由步进电机、驱动盘和搅动磁环组成，用于驱动磁流变液剪切组件内的磁流变液膜产生剪切运动。

磁流变液剪切组件由磁流变液槽、两个固定磁环和磁流变液组成，两个磁环固定在磁流变液槽的内壁上，磁流变液填充在两个固定磁环和搅动磁环之间的缝隙里形成磁流变液膜。搅动磁环受步进电机驱动旋转，带动其两侧的磁流变液膜作剪切流动并产生扭矩。

电磁铁组件用于产生磁场并将磁流变液剪切组件的扭矩传递给扭矩传递组件，包括电磁铁壳、电磁铁芯、线圈和线圈挡板。线圈缠绕在电磁铁芯上，通过线圈挡板限定其位置，电磁铁芯和电磁铁壳通过螺钉固定连接。

扭矩传递组件包括扭矩传递轴、轴承座、轴承盖和两个推力球轴承，两个推力球轴承上下夹紧扭矩传递轴，轴承座和轴承盖通过螺钉压紧推力球轴承。扭矩传递组件用于将电磁铁组件的扭矩传递给扭矩传感器，并消除电磁铁组件的径向扰动。

支撑架包括上平台、中平台、底板和四根支柱，上述各组件及扭矩传感器均固定连接在支撑架上。

数据采集与控制系统包括扭矩检测、磁场强度检测、步进电机转速控制和电流强度控制装置，用于采集扭矩传感器的扭矩信号，还用于采集磁流变液剪切组件中的磁场强度信号，还用于向驱动组件提供控制信号来控制步进电机的转速，还用于控制电磁铁组件内线圈的电流强度。

本装置的漏磁很小，装夹方便，测试过程中磁流变液膜的厚度稳定，测试精度较高，无磁流变液离心现象，测试过程能实现自动化。

附图说明：

图1是本实用新型的机械装置剖面示意图；

图2是本实用新型的电磁铁壳的俯视图，显示霍尔片开孔方式；

图3是测试系统总成。

具体实施方式：

本装置适用于磁流变液的剪切强度测试，包括驱动组件、磁流变液剪切组件、电磁铁组件、扭矩传递组件、扭矩传感器、支撑架和数据采集与控制系统。

如附图1所示，本实用新型具体结构如下：

驱动组件由步进电机1、驱动盘3和搅动磁环4组成，为整个测试装置提供动力。驱动盘3由非磁性材料铝制成，通过螺钉固定连接在步进电机1的输出轴上，搅动磁环4通过过盈配合固定在驱动盘3上，步进电机通过螺钉固定在上平台2上。