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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(gè)相對運(yùn)動表面油膜形成原理的不同。可分為流體動壓潤滑軸承（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(shí)，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(shí)，基本不存在時(shí)遲問題。
（6） 抗沉降性好，長時(shí)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(gè)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(gè)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(shí)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(gè)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(shí),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(gè)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(gè)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(gè)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：
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