磁流變液動壓軸承設(shè)計(jì)【三維SW】【含圖紙】

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重 慶 工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題目 磁流變液動壓軸承設(shè)計(jì) （任務(wù)起止日期 2013年 2 月 25 日～ 2013 年 6 月 9日） 機(jī)械工程 學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 專業(yè) 109040205班 學(xué)生姓名 鄧?yán)? 學(xué) 號 10904020505 指導(dǎo)教師 系 主 任 二級學(xué)院院長 課題內(nèi)容： 研究磁流變液傳力機(jī)理，提出磁流變液動壓軸承的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)具體結(jié)構(gòu)，基于雷諾方程和磁流變特性，推導(dǎo)不同狀態(tài)下的動壓性能與磁場的關(guān)系，進(jìn)而獲得軸承的具體控制方法，最后完成三維建模及運(yùn)動仿真。 課題任務(wù)要求： 1、掌握磁流變液傳力元件的設(shè)計(jì)方法， 2、對具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確設(shè)計(jì)分析 3、基于雷諾方程和磁流變特性，推導(dǎo)不同狀態(tài)下的動壓性能與磁場的關(guān)系。 4、提出技術(shù)方案，得到該軸承的控制方法 5、完成具體設(shè)計(jì)理論結(jié)果，對各種狀態(tài)進(jìn)行仿真分析，形成技術(shù)文檔。 主要參考文獻(xiàn) 1. 胡林,張朝平,羅玉萍等.[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào),2001,18(3):14～17 2. 張朝平,鄧偉,胡宗超等.[J].應(yīng)用化學(xué),2000,17(3):248～251 3. 江萬權(quán),唐新魯,張國春等.[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),1998,17:125～127 4. 楊仕清,彭斌,王豪才.[J].功能材料,2001,32(2):142～146 5. A. Lawniczak, Electro- and Magnetorheological Fluids and their Applications in Engineering, Poznanan 1999 (in Polish) 同組設(shè)計(jì)者 無 注：1、任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫； 2、任務(wù)書在第七學(xué)期期末下達(dá)給學(xué)生。 學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃表 序號 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作任務(wù) 工 作 進(jìn) 度 日 程 安 排 周次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 前期準(zhǔn)備 — 提出設(shè)計(jì)方案 — — 完成具體設(shè)計(jì) — — — — — — — — — 形成技術(shù)文檔，完成設(shè)計(jì)任務(wù) — — — 答辯 — 注：1、此表由指導(dǎo)教師填寫； 2、此表每個學(xué)生一份，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檢查工作進(jìn)度之依據(jù)； 3、進(jìn)度安排用“—”在相應(yīng)位置畫出。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）階段工作情況檢查表 時間 第 一 階 段 第 二 階 段 第 三 階 段 內(nèi)容 組織紀(jì)律 完 成 任 務(wù) 情 況 組織紀(jì)律 完 成 任 務(wù) 情 況 組織紀(jì)律 完 成 任 務(wù) 情 況 檢 查 情 況 教師簽字 簽字 日期 簽字 日期 簽字 日期 注：1、此表由指導(dǎo)教師認(rèn)真填寫（要求手寫）； 2、“組織紀(jì)律”一欄根據(jù)學(xué)生具體執(zhí)行情況如實(shí)填寫； 3、“完成任務(wù)情況”一欄按學(xué)生是否按進(jìn)度保質(zhì)保量完成任務(wù)的情況填寫； 4、對違紀(jì)和不能按時完成任務(wù)者，指導(dǎo)教師可根據(jù)情節(jié)輕重對該生提出警告或不能參加答辯的建議。 重慶理工大學(xué)（畢業(yè)設(shè)計(jì)）,課題：磁流變液動壓軸承設(shè)計(jì) 姓 名：鄧?yán)? 專業(yè)方向：機(jī)械設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師：楊巖,1.設(shè)計(jì)思路及過程,,,,1.1. 設(shè)計(jì)思路,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是磁流變液動壓軸承的設(shè)計(jì)。其中動壓軸承的結(jié)構(gòu)與原有動壓軸承并無多大差異，最主要的變化就是將原有的潤滑油改成磁流變液。由于磁流變液要在磁場環(huán)境下才能發(fā)揮其材料特性，因此還需考慮給滑動軸承如何添加磁場。,1.2.1 軸瓦的設(shè)計(jì),1.2 設(shè)計(jì)過程（主要是軸瓦的設(shè)計(jì)）,線圈走向，由接入點(diǎn)向左邊沿著18個條形槽纏繞一周回到接入點(diǎn),1.3 工作原理 總裝配圖：,工作原理,當(dāng)動壓軸承處于工作狀態(tài)時，接通電源，由進(jìn)油管道向軸瓦與軸的配合間隙（間隙配合）處添加磁流變液，磁流變液在重力的作用下，流入軸瓦底部，此時通過改變介入軸瓦線圈的電流強(qiáng)度就可以改變軸瓦內(nèi)部磁場強(qiáng)度，從而改變磁流變液的粘度，最終改變油膜的承載力，來達(dá)到本設(shè)計(jì)的目的。,軸瓦的線圈電流由軸承座下端蓋的通孔接入電線引人,,謝謝觀看,重 慶 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告 題 目 磁流變液動壓軸承設(shè)計(jì) 二級學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動化 班 級 109040205 姓 名 鄧?yán)? 學(xué) 號 10904020505 指導(dǎo)教師 系 主 任 時 間 1、本課題的研究目的及意義 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是磁流變也動壓軸承的設(shè)計(jì),對此研究查閱的大量的資料,首先明白動壓軸承的原理和特性，再了解磁流變液的性能和應(yīng)用場合，最終完成磁流變液動壓軸承的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的動壓軸承中潤滑油的粘度是不可調(diào)節(jié)的，如果將潤滑油用磁流變液代替，那么就可以通過改變磁場強(qiáng)度來改變磁流變液的粘度，讓動壓軸承具備更加高的性能。具體內(nèi)容： 1、掌握動壓軸承的特性 2、了解磁流變液性能以及應(yīng)用，以及在動壓軸承之中的密封方式 3、提出設(shè)計(jì)磁流變液動壓軸承的方案 4、掌握三維繪圖機(jī)仿真軟件 5、完成具體設(shè)計(jì)理論結(jié)果，形成技術(shù)文檔。 2、本人對課題任務(wù)書提出的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可行性分析 本課題的主要任務(wù)要求有： 設(shè)計(jì)動壓軸承、添加磁流變液、采用什么樣的密封方式以及如何給磁流變液施加電磁場。主要內(nèi)容： 1.動壓軸承的設(shè)計(jì)，采用何種動壓軸承，如何選取這些軸承：如液體動壓推力軸承、對開式徑向滑動軸承； 2.動壓軸承電磁鐵接入方式，再磁流變液保證良好密封環(huán)境下，如何才能有效的施加電磁場； 3.磁流變液密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，磁流變液之中含有微小顆粒，這是不利于密封的，因此在驗(yàn)證可行性時將會必不可少的驗(yàn)證動壓軸承的密封而不至于軸瓦內(nèi)引起堵塞，而且給軸承內(nèi)施加電磁場的時候也要考慮密封性，以使磁流變液不會沿著線路管道流出。 在驗(yàn)證所有提出的方案之中總結(jié)錯誤方案的優(yōu)缺點(diǎn)，以便于提出最終方案。 3、本課題的關(guān)鍵問題及解決問題的思路 本次任務(wù)的設(shè)計(jì)題目是磁流變液動壓軸承的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵問題： 1） 、動壓軸承 解決方案：在常用的滑動軸承之中選擇可行性較高的動壓軸承。 2） 、密封裝置 解決方案：可參考建筑材料之中攪拌機(jī)密封沙石混合物的密封方式。 3） 、外接磁場 解決方案：在保證磁流變液能良好的密封環(huán)境下，添加外接磁場不會引 起磁流變液密封環(huán)境的改變。 4）、磁流變液 最后在總結(jié)前面的方案是否可行的情況下，確定最終方案并做好總體的設(shè)計(jì)方案。 4、完成本課題所需的工作條件（如工具書、計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)、調(diào)研等）及解決辦法 所需要的工具書：機(jī)械制造工藝學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊、我國現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本滑動軸承、滑動軸承故障診斷實(shí)用技術(shù)、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)等 本課題所需的工具書可以在學(xué)校的圖書館借閱，也可以在網(wǎng)上購買相關(guān)資料、或者下載相關(guān)的電子檔文件，也可在老師的指導(dǎo)下查閱資料。有關(guān)圖形的繪制可以用電腦下載相關(guān)軟件進(jìn)行繪制。 5、工作方案分析及進(jìn)度計(jì)劃 1周到3周 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集資料、調(diào)查研究，撰寫開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、外文譯文 4周 提出動壓軸承選擇方案 5周 同上 6周 完成軸承方案的確定 7周 開始動壓軸承的設(shè)計(jì) 8周 同上 9周 將軸承的潤滑方式采用磁流變液，并考慮其密封方式以及如何添加電磁場 10周 同上 11周 同上 12周 同上 13周 繪制所需的所有二維和三維圖形并完成仿真 14周 同上 15周 撰寫說明書 16周 準(zhǔn)備答辯 報(bào)告人： 年 月 日 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師： 　　 年 月 日 開題報(bào)告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立撰寫。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 文獻(xiàn)綜述 磁流變液動壓軸承的設(shè)計(jì) 重慶理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 10904020505 鄧?yán)? 摘要： 磁流變液動壓軸承的是基于滑動軸承，將潤滑油中添加磁流變液，再添加磁場，根據(jù)雷諾方程改變磁場強(qiáng)度使液體粘度改變，從而引起軸承與液體之間的摩擦力改變，來實(shí)現(xiàn)可控制的滑動軸承。在此之前要先研究磁流變液傳輸機(jī)制，提出磁流變液動壓軸承的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)具體結(jié)構(gòu)，基于雷諾方程和磁流變特性，推導(dǎo)不同狀態(tài)下的動壓性能與磁場的關(guān)系，進(jìn)而獲得軸承的具體控制方法。磁流變液動壓軸承讓原來的動壓軸承具有更多的功能可以在很多不同的場合下工作。 ABSTRACT：Magnetorheological fluid dynamic pressure bearing is based on sliding bearing,Add the magnetorheological fluid in the lubricating oil,and Add field,According to the Reynolds equation for changing the magnetic field strength so that the liquid viscosity changes,In order to cause the change of friction between bearing and liquid,Implementation of the sliding bearings control. Must first study of magnetorheological fluid transmission mechanism before, magnetorheological fluid dynamic pressure bearing design scheme is proposed, the specific design of the structure, the Reynolds equation and the magnetic Rheological characteristics based on the derived under different conditions, the relationship between pressure properties and magnetic field, the control methods and bearing.Magnetorheological fluid dynamic pressure bearing for the original dynamic pressure bearing has more functions can work in many different situations. 1、 動壓軸承簡介 根據(jù)滑動軸承兩個相對運(yùn)動表面油膜形成原理的不同?？煞譃榱黧w動壓潤滑軸承（也稱動壓軸承）和流體靜壓軸承（也稱靜壓軸承）。一般討論的是流體動壓潤滑軸承，它通過軸和軸承的相對運(yùn)動把油帶入兩表面之間，形成足夠的壓力膜，將兩表面隔開，從而承受載荷。在液體潤滑條件下，滑動表面被潤滑油分開而不發(fā)生直接接觸，還可以大大減小摩擦損失和表面磨損，油膜還具有一定的吸振能力。但起動摩擦阻力較大。軸被軸承支承的部分稱為軸頸，與軸頸相配的零件稱為軸瓦。為了改善軸瓦表面的摩擦性質(zhì)而在其內(nèi)表面上澆鑄的減摩材料層稱為軸承襯。軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱為滑動軸承材料。常用的滑動軸承材料有軸承合金（又叫巴氏合金或白合金）、耐磨鑄鐵、銅基和鋁基合金、粉末冶金材料、塑料、橡膠、硬木和碳-石墨，聚四氟乙烯（PTFE）、改性聚甲醛（POM）、等。常用的潤滑劑有油、水、空氣等流體和石墨、二硫化鉬等固體，依軸承的應(yīng)用場合和要求而定。以液體作潤滑劑的徑向軸承按潤滑膜的厚薄分為薄膜潤滑軸承和厚膜潤滑軸承。和滾動軸承相比，滑動軸承具有承載能力高、抗振性好，工作平穩(wěn)可靠，噪聲小，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，它廣泛用于內(nèi)燃機(jī)、軋鋼機(jī)、大型電機(jī)及儀表、雷達(dá)、天文望遠(yuǎn)鏡等方面。常見滑動軸承如下圖： 2、 磁流變液簡介 1、 磁流變液定義：磁流變液（Magnetorheological Fluid , 簡稱MR流體）屬可控流體，是智能材料中研究較為活躍的一支。磁流變液是由高磁導(dǎo)率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導(dǎo)磁性液體混合而成的懸浮體。這種懸浮體在零磁場條件下呈現(xiàn)出低粘度的牛頓流體特性；而在強(qiáng)磁場作用下，則呈現(xiàn)出高粘度、低流動性的Binghan體特性。由于磁流變液在磁場作用下的流變是瞬間的、可逆的、而且其流變后的剪切屈服強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度具有穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系，因此是一種用途廣泛、性能優(yōu)良的智能材料。 2、 磁流變液應(yīng)用范圍：目前，磁流變液已經(jīng)開始應(yīng)用于研磨（拋光）工藝、閥門和密封、家庭健身器、機(jī)械手的抓持機(jī)構(gòu)、裝配車間不規(guī)則形體的依托架、以及自動化儀表、機(jī)器人的傳感器和采礦、印刷等行業(yè)。在其眾多應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中，研究最多、發(fā)展最快的應(yīng)用領(lǐng)域是汽車座位減振器、剎車器、主動驅(qū)動器以及土模機(jī)構(gòu)減振器。 3、磁流變液應(yīng)滿足的指標(biāo) （1） 零磁場粘度低，以便使其在磁場作用下，具有同等剪切屈服強(qiáng)度增長時，具有更大的可調(diào)范圍。 （2） 強(qiáng)磁場下剪切屈服強(qiáng)度高，至少應(yīng)達(dá)到20～30Kpa，這是衡量磁流變液特性的主要指標(biāo)之一。 （3） 雜質(zhì)干擾小，以增加其使用范圍。 （4） 溫度使用范圍寬，即在相當(dāng)寬的溫度范圍具有極高的穩(wěn)定性。 （5） 響應(yīng)速度快，最好能達(dá)到毫秒級，以使磁流變液減振器作為主動和半主動控制器時，基本不存在時遲問題。 （6） 抗沉降性好，長時間存放應(yīng)基本不分層。 （7） 能耗低，在較弱的磁場下可產(chǎn)生較大的剪切屈服強(qiáng)度。 （8） 無毒、不揮發(fā)、無異味，這是由其應(yīng)用領(lǐng)域所決定的。 3、 磁流變液的發(fā)展前景 1、由于磁流變液優(yōu)良的物理特性、流變特性,近幾年來,應(yīng)用研究較晚的磁流變液有較強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭,在Lord公司率先提供的幾種商業(yè)化電磁流變液器件中,幾乎都是磁流變液應(yīng)用器件。511　磁流變液應(yīng)用于阻尼元件由于磁流變液能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的阻尼力,而且磁流變液阻尼器可以根據(jù)外部的振動環(huán)境不同調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度,很容易改變減振系統(tǒng)的阻尼和剛度,可達(dá)到主動減振的目的,因而阻尼器件是磁流變液的最大應(yīng)用領(lǐng)域。磁流變液可用于許多新型汽車零部件,較典型的有可控阻尼的懸架減振器,可提高汽車的安全性和舒適性。Lord公司在1995年的第五屆國際電流變液、磁流變液及相關(guān)技術(shù)研討會上展示了一種應(yīng)用磁流變液技術(shù)的卡車座位減振器,減振器全長為15cm,在磁場區(qū)域內(nèi)有效的流體量僅為013mL,電力功耗為15W。這種磁流變液減振器可以直接代替普通減振器,使卡車座位的振幅減小20%～50%,大大減小了卡車司機(jī)在崎嶇道路上駕車的危險(xiǎn)性。在土木工程中可利用磁流變阻尼器來減輕地震響應(yīng)或結(jié)構(gòu)振動。Lord公司設(shè)計(jì)制造了一種地震阻尼器,可產(chǎn)生200kN的阻尼力。磁流變液阻尼器用于直升飛機(jī)旋冀系統(tǒng)穩(wěn)定性控制的研究是近年來磁流變液在航空工業(yè)中的一個新應(yīng)用,Marathe[19]將剪切模式磁流變阻尼器的Bingham塑性模型與旋冀的空氣力學(xué)模型結(jié)合在一起形成一個力學(xué)系統(tǒng)模型,發(fā)現(xiàn)磁流變阻尼器在地面共振穩(wěn)定性控制方面用開關(guān)控制方案能提供充足的阻尼,而在向前飛行時如果空氣動力阻尼足夠,可使用開關(guān)控制,如果需要附加的阻尼,就需要使用線性反饋控制。Kamath[20]對一種用于直升飛機(jī)旋冀系統(tǒng)穩(wěn)定性控制的磁流變阻尼器的比例模型在通電或斷電、單個或成對使用、施加不同預(yù)載、單頻或雙頻激擾等多種條件下的特性進(jìn)行了研究。Madhavan[21]建立了磁流變阻尼器的非線性力學(xué)模型。 2、 磁流變液應(yīng)用于控制元件磁流變液可以做成優(yōu)良的敏捷控制元件,應(yīng)于汽車、航空航天、機(jī)械制造、礦山等工業(yè)中,在可控機(jī)械部件間傳遞力或力矩。在這一類的磁硫變液元件中,離合器、制動器都是典型的例子。另外,磁流變液還可以做成磁流變可控閥門,利用磁流變液在磁場作用下在液態(tài)固態(tài)間可逆變化的特性,控制液壓回路的開合。利用該特征可設(shè)計(jì)成控制阻力大小的伸縮缸,由于這種結(jié)構(gòu)在外部回路中建立專門的控制閥,可控性非常好,而且反應(yīng)比較敏捷,可在大力矩、大行程的結(jié)構(gòu)中使用。利用磁流變液在磁場作用下發(fā)生固化的特征,可對形狀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的工件進(jìn)行定位和夾緊,以保證加工精度并減少非加工工時,這樣可以開發(fā)柔性夾具。由于典型磁流變液的屈服應(yīng)力為80～100Pa,這對柔性夾具來說還不夠,利用加壓的方法迫使液體微觀結(jié)構(gòu)由單鏈變?yōu)榇执蟮闹鶢?在中等磁場的作用下使其屈服應(yīng)力達(dá)到800Pa以上,從而滿足夾具的承載能力要。 4、 軟件應(yīng)用簡介 SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技術(shù)副總裁與CV公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸塞州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內(nèi)，當(dāng)初的目標(biāo)是希望在每一個工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實(shí)體模型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。從1995年推出第一套SolidWorks三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件至今，至2010年已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由300家經(jīng)銷商在全球140個國家進(jìn)行銷售與分銷該產(chǎn)品。1997年，Solidworks被法國達(dá)索（Dassault Systemes）公司收購，作為達(dá)索中端主流市場的主打品牌。 5、 總結(jié) 磁流變液動壓軸承由于是在全液體條件下工作，因此軸承應(yīng)該選取流體潤滑的動壓軸承，例如液體動壓止推軸承、液體動壓徑向軸承等，液體動壓推力軸承是由若干個油楔組成的推力軸承，其承載能力為各油楔油膜壓力之和，常用于水輪機(jī)、汽輪機(jī)、壓氣機(jī)等中等以上速度的設(shè)備(如推力滑動軸承、對開式徑向滑動軸承)。動壓止推軸承結(jié)構(gòu)如下圖所示： 對開式徑向滑動軸承結(jié)構(gòu)圖： 參考文獻(xiàn) [1] A. 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When without magnetic field, the magnetic rheological fluid showed similar behavior of Newtonian fluid; When applied magnetic field, the magnetic particles of magnetorheological fluid along the magnetic field direction in chain, the chain structure to prevent the flow of the liquid, and thus change the rheological properties of MRF, the flow show the Bingham plastic body behavior, viscous and plastic characteristics. As the MRF in mechanical applications development, more and more application of MRF to various kinds of mechanical device. Magnetorheological fluid in the process of plus enhanced magnetic field, the liquid viscosity increase and eventually lose liquid into a solid, the process energy consumption of small, reversible, can produce a large yield stress and in house finish in second grade. Using this series of performance, in full consideration magnetic field, temperature, particle size, surface effect and volume concentration, etc. Various factors influence, on the basis of the application components can develop all kinds of magnetorheological damping devices. Due to magnetic rheological liquid phase change is accomplished within millisecond level, so you can make it high agility control element, is used to join and transfer force or moment between the two parts. Such as automotive clutch, brake, etc. Magnetorheological fluid dynamic pressure bearing is designed based on this principle. Keywords: magnetorheological fluid dynamic pressure bearing design II 1 磁流變液動壓軸承介紹 1.1 磁流變液的介紹 1.1.1 磁流變液定義 磁流變液（Magnetorheological Fluid , 簡稱MR流體）屬可控流體，是智能材料中研究較為多的一種材料。磁流變液一般由鐵磁性易磁化顆粒、母液油和穩(wěn)定劑三種物質(zhì)構(gòu)成。磁流變液是由高磁導(dǎo)率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導(dǎo)磁性液體混合而成的懸浮體。這種懸浮體在零磁場條件下呈現(xiàn)出低粘度的牛頓流體特性；而在強(qiáng)磁場作用下，則呈現(xiàn)出高粘度、低流動性的Binghan體特性。由于磁流變液在磁場作用下的流變是瞬間的、可逆的、而且其流變后的剪切屈服強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度具有穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系，因此是一種用途廣泛、性能優(yōu)良的智能材料。 1.1.2 磁流變液的制備 磁流變液一般由鐵磁性易磁化顆粒、母液油和穩(wěn)定劑三種物質(zhì)構(gòu)成。鐵磁性（軟磁性）固體顆粒有球狀、棒狀和紡錘狀三種形態(tài)，密度為7～8g/cm3，其中球形顆粒的直徑在0.1～500μm 范圍內(nèi)。目前可用作磁流變液的鐵磁性固體顆粒是具有較高磁化飽和強(qiáng)度的羰基鐵粉、純鐵粉或鐵合金 。由于羰基鐵粉飽和磁化強(qiáng)度為2.15特斯拉，且物性較軟、具有可壓縮性、材料成本低、購買方便，已成為最常用的材料之一。磁流變液的母液油（分散劑）一般是非導(dǎo)磁且性能良好的油，如礦物油、硅油、合成油等,它們須具有較低的零場粘度、較大范圍的溫度穩(wěn)定性、不污染環(huán)境等特性 。穩(wěn)定劑用來減緩或防止磁性顆粒沉降的產(chǎn)生。因?yàn)榇判灶w粒的比重較大，容易沉淀或離心分離，加入少量的穩(wěn)定劑是必須的。磁流變液的穩(wěn)定性主要受兩種因素的影響：一是粒子的聚集結(jié)塊，即粒子相互聚集形成很大的團(tuán)；二是粒子本身的沉降，即磁性粒子隨時間的沉淀。這兩種因素都可以通過添加劑或表面活性劑來減緩。由超精細(xì)石英粉形成的硅膠是一種典型的穩(wěn)定劑，這種粒子具有很大的表面積，每個粒子具有多孔疏松結(jié)構(gòu)可以吸附大量的潮氣，磁性顆?？捎蛇@些結(jié)構(gòu)支撐均勻地分布在母液中。另一方面，表面活性劑可以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)吸附在磁性顆粒的周圍以減緩粒子的沉降。穩(wěn)定劑必須有特殊的分子結(jié)構(gòu)，一端有一個對磁性顆粒界面產(chǎn)生高度親和力的釘扎功能團(tuán)，另一端還需一個極易分散于某種基液中去的適當(dāng)長度的彈性基團(tuán)。將這三種物質(zhì)按一定的比例混合均勻，即可形成磁流變液。 目前國際上關(guān)于磁流變液材料制備方法和工藝的報(bào)道比較多。中國科技大學(xué)磁流變研究組陳祖耀、江萬權(quán)等人用Y-輻射技術(shù)產(chǎn)生直徑在２００nm～５μm 的Co粒子，并將鐵顆粒表面復(fù)合此納米尺寸的Co粒子，形成鐵復(fù)合物為懸浮粒子制備的磁流變液。在中國科技大學(xué)的旋轉(zhuǎn)式磁流變液測試系統(tǒng)上測試，結(jié)果表明剪切屈服應(yīng)力顯著增大；用直徑為２.５μm～８μm羰基鐵粉分散于硅油中，并用偶聯(lián)劑預(yù)先處理，改善液態(tài)相和固態(tài)相的相容性，可有效防止粒子沉淀，該磁流變液效應(yīng)顯著，且具有較大的溫度穩(wěn)定性。2002年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)磁流變研究組成功地篩選制備了KDC—1磁流變液，該樣品實(shí)驗(yàn)室工藝穩(wěn)定，有較大的剪切屈服強(qiáng)度和沉降穩(wěn)定性，其主要力學(xué)性能指標(biāo)與美國Lord公司產(chǎn)品接近。現(xiàn)已完成對3家友鄰研究單位KDC—1 MRF小批量實(shí)驗(yàn)室規(guī)模供給，反映良好。 1.1.3磁流變液應(yīng)用范圍 磁流變液在外加磁場增強(qiáng)的過程中，液體的粘度隨之增大并最終失去流動性變?yōu)楣虘B(tài)，此過程耗能小、可逆、能產(chǎn)生較大屈服應(yīng)力且在豪秒級內(nèi)完成。利用此一系列性能，在充分考慮磁場、溫度、顆粒尺寸、壁面效應(yīng)和體積濃度等諸因素對應(yīng)用器件影響的基礎(chǔ)上，可以設(shè)計(jì)開發(fā)各種磁流變阻尼器件，主要有以下幾類： ①阻尼元件 此類裝置是磁流變液的最典型應(yīng)用，由于能產(chǎn)生強(qiáng)大的阻尼力，且阻尼器可根據(jù)外部的振動不同自行調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度大小，來改變振動系統(tǒng)的阻尼和剛度，達(dá)到主動減振的目的。根據(jù)阻尼器尺寸和使用環(huán)境不同，可以研制出機(jī)械上用各類阻尼器和阻尼力可高達(dá)20噸力的建筑物減振器。 ②控制元件 由于磁流變液相變的過程在毫秒量級內(nèi)完成，因此可以做成敏捷度極高的控制元件，用于聯(lián)接和傳遞兩部件之間的力或力矩。如汽車用離合器、制動器等。 ③研磨和密封 在光學(xué)鏡頭的加工中，加工精度是制約鏡頭質(zhì)量的關(guān)鍵因素和技術(shù)，因此提高加工精度對鏡頭的最后形成和微表面粗糙度有著非常重要的意義。采用磁流變液進(jìn)行精加工，試件被固定在移動壁的某一位置，在工作表面和移動面之間的間隙內(nèi)盛放磁流變液，線圈置于移動壁下方。在間隙處產(chǎn)生可控磁場，磁流變液隨外加磁場的增強(qiáng)而固化，并隨移動壁獲得速度，此間隙處被稱為拋光點(diǎn)，其過程由計(jì)算機(jī)精確控制，可完成復(fù)雜表面形狀拋光和高表面光潔度。 1.1.4 磁流變液應(yīng)滿足的指標(biāo)： ① 零磁場粘度低，以便使其在磁場作用下，具有同等剪切屈服強(qiáng)度增長時，具有更大的可調(diào)范圍； ② 強(qiáng)磁場下剪切屈服強(qiáng)度高，至少應(yīng)達(dá)到20～30Kpa，這是衡量磁流變液特性的主要指標(biāo)之一； ③ 雜質(zhì)干擾小，以增加其使用范圍； ④ 溫度使用范圍寬，即在相當(dāng)寬的溫度范圍具有極高的穩(wěn)定性； ⑤ 響應(yīng)速度快，最好能達(dá)到毫秒級，以使磁流變液減振器作為主動和半主動控制器時，基本不存在時遲問題； ⑥ 抗沉降性好，長時間存放應(yīng)基本不分層； ⑦ 能耗低，在較弱的磁場下可產(chǎn)生較大的剪切屈服強(qiáng)度； ⑧ 無毒、不揮發(fā)、無異味，這是由其應(yīng)用領(lǐng)域所決定的； ⑨磁流變液應(yīng)該是廉價(jià)的而不是稀有的。 1.1.5 磁流變液發(fā)展其前景 由于磁流變液優(yōu)良的物理特性、流變特性,近幾年來,應(yīng)用研究較晚的磁流變液有較強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭,在Lord公司率先提供的幾種商業(yè)化電磁流變液器件中,幾乎都是磁流變液應(yīng)用器件。磁流變液應(yīng)用于阻尼元件由于磁流變液能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的阻尼力,而且磁流變液阻尼器可以根據(jù)外部的振動環(huán)境不同調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度,很容易改變減振系統(tǒng)的阻尼和剛度,可達(dá)到主動減振的目的,因而阻尼器件是磁流變液的最大應(yīng)用領(lǐng)域。磁流變液可用于許多新型汽車零部件,較典型的有可控阻尼的懸架減振器,可提高汽車的安全性和舒適性。Lord公司在1995年的第五屆國際電流變液、磁流變液及相關(guān)技術(shù)研討會上展示了一種應(yīng)用磁流變液技術(shù)的卡車座位減振器,減振器全長為15cm,在磁場區(qū)域內(nèi)有效的流體量僅為013mL,電力功耗為15W。這種磁流變液減振器可以直接代替普通減振器,使卡車座位的振幅減小20%～50%,大大減小了卡車司機(jī)在崎嶇道路上駕車的危險(xiǎn)性。在土木工程中可利用磁流變阻尼器來減輕地震響應(yīng)或結(jié)構(gòu)振動。Lord公司設(shè)計(jì)制造了一種地震阻尼器,可產(chǎn)生200kN的阻尼力。 磁流變液阻尼器用于直升飛機(jī)旋冀系統(tǒng)穩(wěn)定性控制的研究是近年來磁流變液在航空工業(yè)中的一個新應(yīng)用,Marathe將剪切模式磁流變阻尼器的Bingham塑性模型與旋冀的空氣力學(xué)模型結(jié)合在一起形成一個力學(xué)系統(tǒng)模型,發(fā)現(xiàn)磁流變阻尼器在地面共振穩(wěn)定性控制方面用開關(guān)控制方案能提供充足的阻尼,而在向前飛行時如果空氣動力阻尼足夠,可使用開關(guān)控制,如果需要附加的阻尼,就需要使用線性反饋控制。Kamath對一種用于直升飛機(jī)旋冀系統(tǒng)穩(wěn)定性控制的磁流變阻尼器的比例模型在通電或斷電、單個或成對使用、施加不同預(yù)載、單頻或雙頻激擾等多種條件下的特性進(jìn)行了研究。Madhavan建立了磁流變阻尼器的非線性力學(xué)模型。 1. 2 滑動軸承簡介 根據(jù)滑動軸承兩個相對運(yùn)動表面油膜形成原理的不同?？煞譃榱黧w動壓潤滑軸承（也稱動壓軸承）和流體靜壓軸承（也稱靜壓軸承）。一般討論的是流體動壓潤滑軸承，它通過軸和軸承的相對運(yùn)動把油帶入兩表面之間，形成足夠的壓力膜，將兩表面隔開，從而承受載荷。在液體潤滑條件下，滑動表面被潤滑油分開而不發(fā)生直接接觸，還可以大大減小摩擦損失和表面磨損，油膜還具有一定的吸振能力。但起動摩擦阻力較大。軸被軸承支承的部分稱為軸頸，與軸頸相配的零件稱為軸瓦。為了改善軸瓦表面的摩擦性質(zhì)而在其內(nèi)表面上澆鑄的減摩材料層稱為軸承襯。軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱為滑動軸承材料。 常用的滑動軸承材料有軸承合金（又叫巴氏合金或白合金）、耐磨鑄鐵、銅基和鋁基合金、粉末冶金材料、塑料、橡膠、硬木和碳-石墨，聚四氟乙烯（PTFE）、改性聚甲醛（POM）、等。常用的潤滑劑有油、水、空氣等流體和石墨、二硫化鉬等固體，依軸承的應(yīng)用場合和要求而定。以液體作潤滑劑的徑向軸承按潤滑膜的厚薄分為薄膜潤滑軸承和厚膜潤滑軸承。和滾動軸承相比，滑動軸承具有承載能力高、抗振性好，工作平穩(wěn)可靠，噪聲小，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，它廣泛用于內(nèi)燃機(jī)、軋鋼機(jī)、大型電機(jī)及儀表、雷達(dá)、天文望遠(yuǎn)鏡等方面。 1.3 磁流變液動壓軸承 磁流變液動壓軸承既是本次設(shè)計(jì)的題目，這是一種新型的滑動軸承，相較于以前的軸承磁流變液動壓軸承具有更加優(yōu)良的性能，使?jié)櫥偷恼扯瓤烧{(diào)節(jié)。磁流變液動壓軸承的是基于滑動軸承，將潤滑油中添加磁流變液，再添加磁場，根據(jù)雷諾方程改變磁場強(qiáng)度使液體粘度改變，從而引起軸承與液體之間的摩擦力改變，來實(shí)現(xiàn)可控制的滑動軸承。在此之前要先研究磁流變液傳輸機(jī)制，提出磁流變液動壓軸承的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)具體結(jié)構(gòu)，基于雷諾方程和磁流變特性，推導(dǎo)不同狀態(tài)下的動壓性能與磁場的關(guān)系，進(jìn)而獲得軸承的具體控制方法。磁流變液動壓軸承讓原來的動壓軸承具有更多的功能可以在很多不同的場合下工作。 2 方案設(shè)計(jì)以及選取 2.1 滑動軸承的分類 滑動軸承種類繁多，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材上可知主要的結(jié)構(gòu)形式可以分為以下三個大類： ① 整體式徑向滑動軸承 此類軸承主要由軸承座和由減摩材料制成的整體軸套組成，軸承座上面設(shè)有安裝潤滑油杯的螺紋孔，在軸套上開有有空，并在軸套的內(nèi)表面上開有油槽。這種軸承的優(yōu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。它的缺點(diǎn)是軸套磨損之后，軸承間隙過大時無法調(diào)整；另外，只能從軸頸端部拆裝，對于重型機(jī)器或具有中間軸頸的軸，拆裝很不方便或者無法安裝。因此這類軸承大多用于低速、輕載或間歇性工作的機(jī)器之中，如某些農(nóng)用機(jī)械。手動機(jī)械等。這種軸承所用的軸承座叫做整體有襯滑動軸承座。具體結(jié)構(gòu)圖如下圖1： 圖1 整體式徑向滑動軸承 ② 對開式徑向滑動軸承 （本次設(shè)計(jì)所選擇的軸承類型） 這種軸承是由軸承座、軸承端蓋、剖分式軸瓦和雙頭螺栓組成。軸承蓋和軸承座的剖分面常做成階梯形，以便對中和防止橫向錯動。軸承蓋上部開有螺紋孔，以便于安裝油杯或者油管。部分式軸瓦由上、下兩半組成，通常是下軸瓦承受載荷，上軸瓦不承受載荷。為了節(jié)省貴重金屬或其他原因，常在軸瓦內(nèi)表面上貼附一層軸承襯。在軸瓦內(nèi)壁不承受載荷的表面開設(shè)油槽，潤滑油用過油孔和油槽流進(jìn)軸承間隙。軸承剖分面最好與載荷方向近似于垂直，多數(shù)的軸承的剖分面是水平的（也有部分做成傾斜的，如45°，以適應(yīng)徑向載荷作用線的傾斜度超出軸承垂直中心線左右各35°范圍的情況）。這類軸承的優(yōu)點(diǎn)是便于拆裝，并且軸瓦磨損之后可以減少剖分面處的墊片厚度來調(diào)整軸承間隙（調(diào)整后應(yīng)刮軸瓦內(nèi)孔）。這種軸承所用的軸承座叫做對開式二螺柱正滑動軸承座。其結(jié)構(gòu)如下圖2： 圖2 對開式徑向滑動軸承 ③ 止推滑動軸承 由止推滑動軸承座和止推軸頸組成，由于止推滑動軸承不是徑向滑動軸承，因此本次設(shè)計(jì)不采用此類軸承，因此不做多的敘述。 2.2 滑動軸承的選取 軸瓦是滑動軸承之中的重要零件，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理對軸承性能的影響很大。有時為了節(jié)省貴重的合金材料或者由于結(jié)構(gòu)上的需要，常在軸瓦的內(nèi)表面澆鑄或軋制一層軸承合金，成為軸承襯。軸瓦應(yīng)該具有一定的強(qiáng)度和剛度，在軸承中定位可靠，便于輸入潤滑劑，容易散熱，并且裝拆、調(diào)整方便。而本次設(shè)計(jì)軸承首先應(yīng)該選取的軸承結(jié)構(gòu)，然后再考慮材料的選擇。 鑒于方便安裝和拆卸，滑動軸承主要集中在對開式徑向活動軸承之中選取結(jié)構(gòu)相對簡單和可操作性較高的軸承。在選取滑動軸承過程之中主要選取了如下兩個軸承模型和結(jié)構(gòu)： ① 球形軸承 其軸瓦結(jié)構(gòu)如下圖3 球形軸承也是最開始設(shè)計(jì)者選取的軸承，最后在指導(dǎo)老師的建議下分析優(yōu)缺點(diǎn)以及建模相對難度較大，所以最終沒有選取此類軸承。 圖3 球形軸承 此軸承優(yōu)點(diǎn)：由于磁流變液之中存在細(xì)小顆粒，因此相比普通潤滑油來說，更加不易密封，由于球形軸承是整體軸瓦，只需密封軸頸兩側(cè)即可。缺點(diǎn)：磁流變液需要在磁場環(huán)境下工作才能發(fā)揮其材料的特性，而此類軸承設(shè)計(jì)者未找到合理的添加磁場方式，因此最終放棄此方案。 ② 對開式徑向軸承（整體式軸瓦） 這是在聽取指導(dǎo)老師建議下所選取相對合理的軸承，其軸瓦結(jié)構(gòu)如下圖4： 圖4 軸瓦結(jié)構(gòu) 此類軸承相較于球形軸承的優(yōu)點(diǎn)：由于和球形軸承都是整體軸瓦，因此密封方便，而且結(jié)構(gòu)簡單，便于后續(xù)建模以及電磁場的添加。 在確定了軸瓦的材料之后，選取灰鑄鐵，主要是運(yùn)用在低速、輕載的不重要軸承上。而軸承座選用合金鋼。 2.3 電磁場的添加 由于是將滑動軸承原有的潤滑液換做磁流變液，因此要在滑動軸承內(nèi)部添加可調(diào)節(jié)電磁場來通過改變電磁場強(qiáng)度來使磁流變液粘度改變，并最終改變滑動軸承內(nèi)部， 磁流變液要在磁場下工作才能發(fā)揮出材料特性，而本設(shè)計(jì)是將電磁場添加在軸瓦四周，從而使磁流變液能在正常磁場環(huán)境下工作。具體方案如下： ① 方案一 一種類似磁懸浮軸承的結(jié)構(gòu) 具體結(jié)構(gòu)如下圖5： 圖5 磁懸浮軸承結(jié)構(gòu) 此結(jié)構(gòu)是參照磁懸浮軸承軸承的電磁場添加方式，直接在軸套外面添加磁場，讓磁場方向處于徑向方向，以實(shí)現(xiàn)軸承工作時磁場方向與磁流變液處于垂直狀態(tài)。 ② 方案二 仿照電機(jī)線圈纏繞方式的結(jié)構(gòu) 具體結(jié)構(gòu)如下圖6 圖6 按照電機(jī)線圈纏繞方式開槽的軸瓦 此方案是在指導(dǎo)老師的建議之下參照電機(jī)內(nèi)線圈纏繞方式，將其運(yùn)用于軸瓦上。在軸瓦上開槽，采用類似的線圈纏繞方式，能夠獲得讓磁流變液正常工作的垂直于軸向的磁場。 ③ 方案三 方案二的改進(jìn)方案 具體結(jié)構(gòu)如下圖7： 圖7 方案2的改進(jìn)軸瓦 此結(jié)構(gòu)是在方案二的基礎(chǔ)之上的改進(jìn)方案，相較于方案2更加能實(shí)現(xiàn)對軸瓦加工的。 總結(jié)：綜合評估三個方案，由于方案一結(jié)構(gòu)相對更加復(fù)雜，不便于軸承座的建模以及選型；方案二雖然能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)題目所需的要求，但是此軸瓦加工起來相對復(fù)雜很多，處于對加工的要求，方案二最終被放棄；方案三，很好的結(jié)合了方案二的優(yōu)點(diǎn)以及加工起來更加方便，所以綜合各方面考慮最終軸瓦的結(jié)構(gòu)選取方案三。 2.4 密封方式選擇 由于滑動軸承以及是一個成熟的機(jī)械裝置了，其密封方式也是多種多樣的，本設(shè)計(jì)就在其中選取一種相對簡單的密封方式：油封。由于本次設(shè)計(jì)選用滑動軸承軸瓦兩端結(jié)構(gòu)不同，因此有如下兩種結(jié)構(gòu)。 其結(jié)構(gòu)如下圖8： 圖8 密封端蓋簡圖（具體結(jié)構(gòu)見CAD裝配圖） 所謂油封是其與軸接觸合成橡膠等彈性體的唇片(lip)，靠著接觸壓力將之間的滑動部密封起來，是最廣為使用密封效果極佳的密封裝置。油封的形式頗多，有唇片上方套以環(huán)狀彈簧圈，以保持適當(dāng)?shù)慕佑|壓力，也可容許一定程度的軸偏轉(zhuǎn)，唇片會隨著而偏轉(zhuǎn)，有很高的密封效果。 油封唇片的材料根據(jù)使用條件有硝化樹脂(Nitrile Gum)、丙烯類樹脂(Acrylic Gum)、氟化樹脂(Fluoric Gum)和四氟化乙烯樹脂等。 2.5 軸承座選取以及建模 滑動軸承座是參照《SolidWorks設(shè)計(jì)與分析范例教程》第八章滑動軸承分析范例之中的滑動軸承模型建模的標(biāo)準(zhǔn)件。具體結(jié)構(gòu)如下圖9： 圖9 軸承座上端 其中螺紋孔是選取標(biāo)準(zhǔn)件：GB Hex heard bolts GB /T5782-000 M8 軸承座下端部分如下圖10： 圖10 軸承座下端 其中螺旋選取標(biāo)準(zhǔn)件：GB 六角頭螺栓C級 M12 最終確定的滑動軸承模型以及其零件圖和裝配圖 滑動軸承本次設(shè)計(jì)中主要的零件及其建模 2.5.1 軸承座上端 圖11 軸承座上端 2.5.2 軸承座下端 圖12 軸承座下端 2.5.3 軸瓦 圖13 軸瓦 2.5.4 軸承裝配圖 圖14 磁流變液動壓軸承裝配體 圖15 磁流變液動壓軸承裝配體 3 磁流變液動壓軸承的工作原理 3.1 滑動軸承的處電磁引入 軸瓦處線圈纏繞方式以及接入接出的點(diǎn)的位置。 具體結(jié)構(gòu)如下圖13： 圖16 軸瓦上線圈纏繞方式以及進(jìn)線端和出線端 圖中線圈纏繞方式按照上圖中條形槽中紅色指示線纏繞，電線引入處為一個矩形槽，為方面電線接入與接出。線圈纏繞之后添加樹脂將其密封。為了不影響軸承之中油封墊圈對磁流變液的密封，因此電線接入的位置直接為軸瓦的電線引入處和軸承座下端矩形槽直接相連。這樣就能保證在外接電線的同時，不影響軸承之中對于磁流變液的密封。軸承座下半部分的矩形槽具體開槽方式。 如下圖14： 圖17 軸承座下端的電線接入處 由上圖所示的矩形槽直通軸承座下端，讓電線直接從軸承座下端引入。線圈要選用漆包線來使其絕緣。 3.2 磁流變液的添加 磁流變液是由三種材料組成成分組成的，分別是母液潤滑油、磁化顆粒和穩(wěn)定劑。因此磁流變液與普通潤滑油最大的不同就在于磁流變液之中存在磁化顆粒，從粒子材料和尺寸上說，磁流體中懸浮粒子的直徑在1～10nm范圍內(nèi)，通常用合適的表面活性劑將懸浮粒子分散在液體中，由于粒子的尺寸小，布朗運(yùn)動可以阻止粒子沉淀和團(tuán)聚，其穩(wěn)定性能好；而磁流變液，懸浮粒子的直徑為0.1～500μm，粒子較大，布朗運(yùn)動無法阻止顆粒沉淀和團(tuán)聚，必須采取如表面包裹、復(fù)合等方法來降低整個顆粒的密度，提高材料的穩(wěn)定性。 由于磁化顆粒直徑非常小，因此磁流變液任然可以看做是一種具有特殊性能的潤滑油，因此其添加方式可以采用滑動軸承之中對于普通潤滑油的添加方式來添加磁流變液。所以在軸瓦上端開一個油孔，軸承座上端部分開通可以放置連接油孔的進(jìn)油管道的槽，進(jìn)油管道與油孔的連接處要首先保證軸瓦內(nèi)磁流變液的密封，因此可以在連接處添加密封油脂或者其他具有更高效率的密封材料來保證軸瓦內(nèi)磁流變液的密封。具體三維模型有空以及管道槽結(jié)構(gòu)如下圖14和圖15： 圖18 軸瓦上開的油孔 圖19 軸承座上端的進(jìn)油管道 3.3 磁流變液動壓軸承原理 3.3.1 磁流變液添加以及電線接入 當(dāng)給磁流變液動壓軸承接通電源之后，由上端的進(jìn)油管道和油孔處向軸承內(nèi)軸瓦與軸的間隙處添加磁流變液，磁流變液在重力的作用下流向軸瓦最下端，軸此時按照一定的速度旋轉(zhuǎn)，由于接通了電源，所以軸瓦內(nèi)部產(chǎn)生了垂直于軸向的電磁場，因此磁流變液正常工作。可以按照需要改變電流強(qiáng)度從而改變磁場強(qiáng)度，最終改變磁流變液的粘度，從而來達(dá)到工作環(huán)境所需要的粘度以及作用力。具體計(jì)算可以采用一維雷諾方程，它是計(jì)算流體動力潤滑滑動軸承（簡稱流體動壓軸承）的基本方程。具體結(jié)構(gòu)如下圖20： 圖20 進(jìn)油管道以及電線接入位置 3.3.2 磁流變液裝載位置 磁流變液動壓軸承，可以將磁流變液類似為潤滑油，因此可以效仿普通滑動軸承那樣設(shè)計(jì)裝載磁流變液的腔體。但是由于磁流變液之中存在細(xì)小顆粒，因此軸瓦與軸的配合間隙要比普通滑動軸承的大，這樣才能保證磁流變液的正常工作，并且不至于讓軸瓦與軸承之間的磨損消耗更大。普通滑動軸承軸瓦與軸的間隙配合大概是是軸頸的千分之一到千分之三，因此磁流變液動壓軸承軸瓦與軸的配合間隙應(yīng)該大于這個數(shù)值，但是也不宜過大因?yàn)殚g隙過大使軸在旋轉(zhuǎn)的時候偏離軸心線更多，引起機(jī)械裝置的震動過大，減小的機(jī)械裝置使用壽命。因此軸瓦與軸的配合間隙選取軸頸直徑的千分之4。下圖21紅色標(biāo)記處的間隙即為軸瓦與軸之間的配合間隙： 圖21 裝載磁流變液的腔體（既圖中軸瓦與軸的配合間隙） 3.3.3 磁流變液的密封 在軸頸兩端添加密封墊圈，加以固定在軸承座上，來達(dá)到對滑動軸承的密封，具體密封結(jié)構(gòu)如下圖18： 圖22 密封墊圈 4 主要尺寸以及主要計(jì)算 4.1 軸承座的具體尺寸 4.1.1 軸承座上端 如圖所示所有的尺寸單位都為mm 圖23 軸承座上端主視圖及尺寸 圖24 軸承座上端俯視圖及主要尺寸 4.1.2 軸承座下端 圖25 軸承座下端主視圖主要尺寸 圖26 軸承座下端俯視圖及尺寸 圖27 軸承座下端左視圖及尺寸 4.1.3 軸瓦 圖28 軸瓦主要尺寸 4.2 滑動軸承所涉及的主要計(jì)算 4.2.1 電磁場的計(jì)算 一般來說，介質(zhì)內(nèi)布每點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場強(qiáng)度H之間，可以用該點(diǎn) 的磁導(dǎo)率μ聯(lián)系起來，即： B=μH （4-1） 組成電機(jī)的的磁介質(zhì)主要有兩種，一種是空氣和銅，另外一種是鐵磁介質(zhì)。對于空氣和銅，磁導(dǎo)率為一定常值，μ=μ=4π*10H/m。鐵磁介質(zhì)的磁性能比較復(fù)雜，就不做詳細(xì)介紹了。因此我們直接假定軸瓦內(nèi)磁場與電流的關(guān)系式為： H=f(A） （4-2） 4.2.2 磁流變液粘度的計(jì)算 （4-3） 其中：-外加磁場強(qiáng)度引起的屈服應(yīng)力，[Pa] H -磁場強(qiáng)度，[A / M] - 剪切速率，[S] -是零場粘度，對于大多數(shù)磁流變液來說，它與磁場強(qiáng)度無關(guān)[[Pa] 假若磁場與磁流變液的粘度的關(guān)系式為： =f（H)=F（A） （4-4） 4.2.3 磁流變液油膜承載能力計(jì)算 計(jì)算油膜承載能力需要用到一維雷諾方程： （4-5） 其中：p-油膜承載能力 x-橫向距離 -潤滑液粘度 v-軸承線速度 h-油膜高度 圖29 如上圖所示 h初=h+x*tan （4-6） 對公式4-5 兩邊積分：并將式子4-6帶入計(jì)算 p = =6 = 6 = （4-7） 其中： 即為軸與軸瓦之間的最大配合間隙， 磁流變液粘度可以使用公式4-4，帶入求解既可： p=[]*f(H) =[]*F(A) 5 SolidWorks仿真分析 5.1 爆炸視圖 按照如下步驟操作： 圖 30 爆炸視圖操作方法 圖31 爆炸步驟 如上圖所示，爆炸視圖添加整個裝配體，然后選擇軸的Y方向開始爆炸裝配體各個零件。爆炸步驟為：首先爆炸軸承做上端螺栓M4，然后爆炸軸承座上端，之后爆炸軸和軸瓦，再之后爆炸密封圈，最后爆炸軸承座下端，M6螺栓位置不變。 最終所得到的爆炸視圖如下圖32： 圖32 爆炸視圖 5.2 仿真運(yùn)動 圖33 添加旋轉(zhuǎn)馬達(dá) 如上圖所示在軸上添加一個旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，具體參數(shù)如上圖左邊所示。添加旋轉(zhuǎn)馬 達(dá)之后，基本運(yùn)動就如下圖所示： 圖34 三維模型的基本運(yùn)動 6 總結(jié) 隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。經(jīng)過將近四個月的的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有接受任務(wù)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對這一年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個可行的磁流變液動壓軸承的方案，對于我來說是一次極佳的了解滑動軸承以及磁流變液這個材料的更多知識。盡管我對專業(yè)知識的掌握還不怎么透徹，但是我仍然希望通過自己的努力完成設(shè)計(jì)并希望有所突破。下面就對我們這次設(shè)計(jì)的過程做個簡單的小結(jié)： 第一，課題分析。在接到畢業(yè)設(shè)計(jì)題目后，我認(rèn)真翻閱了指導(dǎo)老師提供的資料，對課題進(jìn)行了深刻的分析，并向老師請教了設(shè)計(jì)中的一些要點(diǎn)及難點(diǎn)。 第二，開題報(bào)告文獻(xiàn)綜述以及外文翻譯。通過借閱圖書館的書籍資料、互聯(lián)網(wǎng)等途徑積極查閱資料，并與其他同學(xué)以及指導(dǎo)老師進(jìn)行咨詢探討，以達(dá)到最大的資源利用率及工作效率。 第三，總體的方案設(shè)計(jì)。在對課題進(jìn)行仔細(xì)分析以后，在老師的指導(dǎo)下概括出了這次設(shè)計(jì)的大體框架，并將設(shè)計(jì)劃分成了若干個小模塊，并逐步完成。第四，方案實(shí)現(xiàn)。在資料準(zhǔn)備充分后，開始著手磁流變液動壓軸承的結(jié)構(gòu)建模以及繪制CAD圖形。在這個過程中，大家也越到不少問題，通過一起討論、請教老師、以及翻閱資料等方式將問題一一解決。 第五，論文編寫。在完成了各自的建模以及計(jì)算機(jī)圖形以后，將這些資料進(jìn)行了整合，并整理成冊，然后編寫說明書。通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)我了解了磁流變液這一對我來說的新材料，而且在原有的基礎(chǔ)之上更加系統(tǒng)的認(rèn)識了滑動軸承。 致謝 本文是在知道導(dǎo)老師楊巖教授的精心指導(dǎo)和關(guān)懷之下完成的。在老師悉心指導(dǎo)之下，我們完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)?；仡欉@段時間，感覺還是很充實(shí)的，這讓我學(xué)到了許多的知識。在做課題的過程中，遇到的困難不少，但我還是克服了。平時遇到一些難題就先和同學(xué)們一起探討，在和同學(xué)們討論無果的情況下再和老師共同研討，一起解決難題。楊老師給我們提供很多的參考的意見的參考書籍，讓我們從中學(xué)到了許多的知識。能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，離不開楊老師辛勤的付出。這此畢業(yè)設(shè)計(jì)，給我們增加了一些經(jīng)驗(yàn)，這在以后的工作中會帶來更多的幫助。 同時還要感謝同組的同學(xué)以及他們給與我是SolidWorks建模上很大的幫助，還要感謝制造方向的同學(xué)，他們在我繪制CAD圖形的時候幫組不小。 通過這次練習(xí)，讓我學(xué)到了更多關(guān)于電腦操作技能，鍛煉了我的雙手。再次感謝那些在畢業(yè)設(shè)計(jì)上給我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué) 參考文獻(xiàn) [1] 紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計(jì)-第八版.2006年.北京.高等教育出版社 [2] 廖念釗等.互換性與測量技術(shù)-第五版.2007年.中國計(jì)量出版社 [3] 楊裕根等.現(xiàn)代工程圖學(xué)-第三版.2008年.北京.北京郵電大學(xué)出版社 [4] 楊曉晉等.SolidWorks2012中文版-機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)例入門與應(yīng)用.2012年.北京.電子工 業(yè)出版社 [5] 龔堰鈺等.SolidWorks設(shè)計(jì)與分析范例教程.2008年.北京.機(jī)械工業(yè)出版社. 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