[实用新型]纳米磁流变流体离合器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种离合器，更具体而言，涉及一种使用磁流变流体的离合器。

背景技术

离合器是机动车辆中发动机与传动系之间切断和传递动力的部件。离合器的主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，或是用液体作为传动介质，或是用磁力传动来传递转矩，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分一起转动。

常见的传统离合器包括摩擦式离合器、液力离合器和电磁离合器等。一种在机动车辆上较为广泛地采用的是用弹簧力压紧的摩擦离合器。在摩擦离合器处于啮合状态时，离合器的主动旋转摩擦盘和被动旋转摩擦盘啮合，在弹簧力的作用下传递扭矩。当驾驶员踩下离合器踏板时，通过机件的传递，主动旋转摩擦盘与被动旋转摩擦盘分离，离合器处于离合状态。参见图1、2和3。

随着磁流变流体技术的发展，近些年来有人提出了使用磁流变流体的离合器。

磁流变流体是一种随着磁场出现其粘度发生变化的流体。由高磁导率、低磁滞性的软磁颗粒通过表面活性剂的作用均匀分散于非导磁性载液中而构成稳定悬浮液体系。磁流变流体的工作原理是：在外加磁场的作用下，每一颗粒都极化成磁偶极子,各个偶极子相互吸引，在两磁极板间形成的链束状结构像桥一样横架在极板之间,阻碍了流体的正常流动,使其产生类固体的特征。当去掉外加磁场时，流体又恢复到原来的状态，即磁流变流体在液态和固态之间进行快速可逆的转换。固态化程度与电流强度成稳定可逆的关系，即控制电流强度就可以精确控制固态化磁流变流体的剪切屈服强度。

图4可用于简单示意一种磁流变流体离合器，其主要包括被动件、主动件、励磁线圈、磁流变流体等主要部分，除此之外还包括磁流变流体密封组件、轴承、线圈电流控制器等辅助件。磁流变流体离合器是通过在励磁线圈中通电或断电来控制离合器的分离和连接的；通过线圈的电流值变化大小来改变磁流变流体的横向剪切力，就能调整从主动件传递到被动件的扭矩大小。当励磁线圈中通直流电流时线圈周围立刻产生磁场，在磁场的作用下在主动件与被动件中间的磁流变流体剪切应力大于屈服应力时从流体变成黏性体或固体，把主动件与被动件连接在一起以相同速度旋转。当切断励磁线圈中的直流电流时，线圈磁场立刻消失，磁流变流体剪切应力小于屈服应力，从固体变成低黏性的普通液体，主动件无法带被动件旋转，达到被动件与主动件分离的状态。图5示意了图4所示的磁流变流体离合器在磁流变流体上施加有磁场时的状态。其中，在磁场作用下，磁粒子在磁场的作用下沿着磁场的N极和S极之间的磁力线在二极之间形成链状结构，从而产生了抗剪应力的作用。流体的黏度随着磁场的变化而无级地变化，磁场越强，链的稳定性和抗剪能力越强，当磁场移去之后，磁流变液立即回复到自由流动状态。

在这样的磁流变流体离合器中，随着磁流变流体上所作用的磁力增加，流体的屈服应力大于剪切应力，黏度增加，流体开始固化；其中，流体的屈服应力与磁场强度成正比。通过实验得出了磁流变流体在不同磁场强度下的剪切应力与剪切应变速率之间的关系，本构关系方程可表示为：

其中，为屈服应力（磁场强度的函数）；为与磁场强度无关的磁流变液屈服后黏度；为剪切率。在图4中的离合器中，若R表示磁流变流体的半径，H表示其厚度，而分别以ω₁和ω₂表示主动件和被动件的转速，则通过计算可得磁流变流体离合器传递的扭矩等于磁流变流体屈服应力产生的扭矩T_B和磁流变流体黏度产生的扭矩Tη之和，其中：

然而，在传统的磁流变流体中存在磁滞现象，分散于磁流变流体中有磁滞的磁响应颗粒在磁场去除后因颗粒有剩磁而使磁流变流体不能完全恢复到自由流动状态。