磁流變液在機械工程中的應用論文

磁流變液屬可控流體，是智能材料中研究較爲活躍的一支。下面就是小編整理的磁流變液在機械工程中的應用論文，一起來看一下吧。

引言

磁流變液（MRF）作爲一種新型智能材料，在外加磁場下其流變特性可以發生急劇變化：在沒有外加磁場環境下，其是流動性良好的牛頓流體，而一旦受到外加磁場的作用，流體的流變特性將發生極大的變化，其表觀粘度可以在10ms內增加數個數量級，並且表現出與固體相類似的力學性質，而且這種粘度的變化是可擬的，在去掉磁場作用後，其又會變成流動性良好的牛頓流體。由於其具有這種特點，因此，其在社會各個領域得到了廣泛的應用，尤其是機械工程領域。

1 磁流變液的構成及其流變特性

磁流變液主要由三個部分組成，即載液、軟磁性顆粒以及穩定劑，其中載液是組成磁流變液的重要成分，具有低凝固點、低粘度、耐腐蝕性以及熱穩定性的特點，磁流變液應用的載液具有很多種，比如煤油、硅油等；軟磁顆粒作爲一種晶體尺寸在0.01-10μm的球形顆粒，種類也有很多種，而羥基鐵粉與純鐵粉則是應用最廣泛的軟磁顆粒；在磁流變液中，穩定劑具有重要的作用，其不僅具有潤滑的作用，還能夠保證磁流變液的穩定性以及具有一定的抗腐蝕性，同時，其還能夠防止磁性顆粒的沉降與聚集。

磁流變效應是1948年Rabinow發現的，可以採用Bingham本構關係，對流變的特性進行描述，主要內容如下：

……（1）

在上述式子中，指的是磁流變液動態屈服應力，其中B、γ分別指的是磁感應強度、剪切應變率；η爲磁流變液的表觀粘度。

在磁性顆粒未飽和前，當磁性強度B增強，也隨之增大，可以用下面冪函數來表示：

……（2）

在上述式子中，磁流變液的材料決定係數α的常數，同時冪指數n的常數也是由磁流變液的材料決定的。

2 磁流變液的工作模式

2.1 閥式模式

在閥式模式下，磁流變液通常會在在兩個靜止的板極之間被限制，在兩個板極的垂直作用之下，磁流變液的流動性能會發生一定的變化，從而使由磁流變液的流動活塞受到的阻力發生變化，進而達到透過控制外加磁場對阻力進行控制的目的。大部分流體的減震閥、控制閥採用的都是這種工作模式，比如四川宜賓普什重機有限公司研製的在工程機械中使用的發動機磁流變懸置系統，該系統就是針對某工程機械用發動機，首先對磁流變懸裝置系統的結構尺寸進行確定，然後完成磁路設計。

2.2 剪切模式

在剪切模式下，上下兩極板是相對運動的，外加磁場透過極板作用於兩極板之間的磁流變液，使之在兩極板之間產生剪切力，透過改變磁場可連續改變切應力一切應變率的特性。運用這種工作模式的磁流變器件很多，諸如離合器、制動器、旋轉式阻尼器等。

2.3 擠壓模式

擠壓模式下，磁極在與磁場幾乎平行的方向上移動，磁流變液體處於交替拉伸、壓縮的狀態，併發生剪切，雖然磁極的位移量很小，但產生的阻力卻很大。現今這種擠壓模式運用不多，國內有學者對其進行了研究。這種模式主要用於設計開發行程較小的減振器的磁流變器件，可以應用於汽車、機械加工、土木工程、醫療器械、航空航天及軍事等領域中。

3 磁流變液在機械工程中的應用

3.1 在傳動裝置中的應用

磁流變傳動裝置一種新型的傳動技術，將流變效應作爲理論基礎，將磁流變液作爲介質，從而透過合理調節外加磁場強度，使磁流變液的剪切屈服應力改變，實現傳遞轉矩或力的改變。磁流變傳動裝置具有響應時間短、控制簡單、控制能源消耗低的優點，在機械工作中具有較廣的應用範圍，比如無極調速、轉矩調節、制動等。

3.2 在拋光裝置中的應用

磁流變拋光是一種用磁場輔助的流體動力拋光技術，磁流變拋光具有拋光效率高、受磁場可控、剪切應力大、磨頭無磨損、溫度適用範圍寬等其他傳統拋光方法所沒有的優點，並且透過計算機的控制可以實現複雜光學表面的加工。楊建國等對磁流變拋光的兩種不同結構的裝置進行了優缺點比較，給出了拋光裝置的關鍵部件的設計方法；張學成等研究了磁流變液射流在外加軸向磁場作用下的穩定性。

3.3 在減振裝置中的應用

在震動控制系統中，主要應用的是磁流變阻尼器，其具有能耗低、工作連續可擬以及結構簡單的特點，而且其還可以實時的進行主動或半主動控制，因此，磁流變阻尼器可以在各種場合中進行應用，具有較爲廣泛的應用前景。

3.4 在機械密封中的應用

磁流變液密封主要利用磁性液體對磁場的響應特性。把磁性液體注入由高性能的'永磁體、導磁性良好的極靴以及軸構成的導磁迴路中，形成數個液體“O”形密封圈，當磁性液體受壓差作用時，會在非均勻磁場中移動，這時不均勻的磁場就會使磁性液體產生對抗壓差的磁力進而達到新的平衡，這樣就起到了密封的作用。此外，磁流變液在機械工程中還可以用於特種軸承、機械手、機器人傳感器和無級變速器仿人肌肉、人機一體化機構等仿生智能機構上，也可以應用在虛擬現實設備中，如研製基於磁流變液的力反饋數據手套等。

3.5 在柔性夾具中的應用

在進行一些形狀複雜的工件加工時，可以合理利用磁流變液的流變特性，進行定位與夾緊，從而爲機械加工提供便利。目前已經有很多的研究人員對磁流變液在柔性夾具中的應用進行了研究，包括磁流變液手柄、磁流變液頂針結構、柔性夾具裝置等，並取得了較好的實際應用效果。

結束語

綜上所述，磁流變液作爲一種便於控制的新型智能材料，在外加磁場的作用下，其可以在極短的時間內由牛頓流體變爲屈服應力較高的粘塑膠體，由於磁流變液的這種轉變具有可控、可逆以及連續性，因此其具有廣闊的應用前景。本文主要對磁流變液在機械工程中的傳動裝置、拋光裝置、減振裝置、機械密封以及柔性夾具中的應用進行了分析。