立式内孔表面珩磨机的总体设计【含CAD图纸+PDF图】
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磁流体对伺服阀力矩马达动态特性的影响 摘要：本论文的目的是探讨影响磁性流体动态特性的液压伺服阀力矩马达。在本文作为一种功能材料,磁性液体被填入有工作差距的液压伺服阀力矩马达中。对于磁性流体力在转矩电动机中进行了研究。动态力矩电机数学模型的介绍与磁性液体之后的动态特性力矩电机用磁性流体进行了分析和测试。磁性液体不应用于电动机分析和实验进行研究比较。关键词:磁性液体;液压伺服阀力矩马达;液压控制系统1 前言当他们暴露于磁场作为磁性液体显示更高的饱和磁化，他们广泛应用于区域的密封、轴承、研磨、扬声器、阻尼等1,2。调查3 - 5表明, 磁性液体被暴露于磁场时磁场强度影响磁流体的粘度。因为更高的磁导率磁性液体的应用，所以磁性液体的应用在电动马达中也被研究分析6。最近磁性液体的应用在液压伺服阀中进行了研究 7。液压伺服阀门在液压控制系统中是必要的组件。液压伺服阀性能的特点显著影响液压控制系统。随着机电机制通过电气信号在液压伺服阀中的应用,转矩马达应用于中风阀门。如果力矩电机动态特性可以被修改,液压伺服阀的性能也是可以改进的。命名法 电磁力矩的力臂长度 直于衔铁运动方向磁流体与衔铁的有效接触面积 垂直于衔铁运动方向的磁流体与衔铁的有效接触面积 粘性阻力系数, 磁性流体阻尼力,磁性流体抵抗力 中间长度,衔铁端部摆动位移量 马达工作间隙中的磁场强度 衔铁处于零位时力矩马达工作间隙高度 力矩马达运动部件的转动惯量 弹簧管刚度, 力矩马达常数,力矩马达磁弹簧刚度 , 磁性流体的弹簧常数、磁性流体的转矩常数 流体的饱和磁化强度 由永磁体引起的磁动势 力矩马达线圈匝数 电动机的输出转矩 弹簧管负载转矩 力矩马达所受到的负载力矩 由于磁性流体粘度引起的负载转矩 由于磁性流体饱和磁化强度引起的负载转矩 没有磁场时磁性流体粘度 有磁场时磁流体粘度 力矩马达衔铁转动角度 力矩马达衔铁转动角速度 力矩马达输入电流, 由磁流体引起在电枢缺口压力1和2 如果施工参数选择不正确,由于穴蚀现象和剪切层不稳定,所以片状喷嘴或射流管伺服阀是自激振荡出现高频噪声和压力非常频繁的一个流场见8。自激振荡的压力会刺激振荡的力矩马达衔铁和线轴的伺服阀,防止伺服阀失去稳定。当他们暴露于磁场，作为磁性液体有一个更高的饱和磁化强度和较大的粘度,磁性液体可以通过有工作差距的液压伺服阀力矩马达引入阻尼到电动机和伺服阀中。本文介绍磁液体在液压伺服阀力矩马达中的应用。力的数学模型由于磁性液体在转矩电动机中也进行了研究。当磁性液体应用于电动机时，对力矩电机动态液压伺服阀的特性进行了模拟和测试。2 磁性液体液压伺服阀力矩马达的构造添加磁流体的伺服阀力矩马达结构如图1所示。一个液压伺服阀通常可以分为伺服阀部分，片状喷嘴部分和转矩电动机。阀门部分包括线轴和阀体。铰链喷嘴部分包括一个苍蝇拍和两个喷嘴。转矩电动机通常由一个电枢支持弹簧管，两个线圈和两个永磁体。舌形和电枢是相互关联的，因此有时命名为“电枢苍蝇拍组件”。图1力矩马达动态特性实验原理图图 2 力矩马达磁力线分布图磁流体电枢可以增加核和工作之间的间距。作为一个液压伺服阀力矩马达是在永久磁铁和电动磁铁的合作下工作的,由于永磁体在力矩马达工作的间隙，所以总会有磁场,即使电力的力矩马达是关闭的。因此磁性液体应用后总是呆在工作缝隙内。当电枢的旋转角很小且电枢旋转时，磁性液体很难从缺口分散。在永磁铁的工作下，当电源的线圈关闭时，转矩电动机将呆在中间的位置。如果这四个工作差距几乎是相同的尺寸，磁场分布是相同的在四个工作差距。从理论上讲,不会有任何输出转矩，因为这时电机的力矩达到了平衡。然后液压伺服阀将工作在中间位置。如果开启电力线圈，力矩马达在电磁铁和永久磁铁合作下工作，显示在图2中，磁通密度在工作差距1和3中将会增加，并大于其他两个工作差距2和4。伺服阀力矩马达提供输出转矩。 转矩电动机电枢旋转并驱动襟翼引入压力影响双方的线轴。由于线轴运动反馈杆有了反馈力矩因此线轴将移动到一个新的位置,直到电机的输出转矩等于在弹簧管上的负载转矩之和。卷轴的位移量与力矩马达输入电流成正比。当磁性液体暴露在有磁场的力矩马达的工作间隙时，会显示更高的饱和磁化和较大的粘度，由于磁性液体的特殊性能，大阻尼力或电阻会在转矩电动机电枢中产生。阻尼力或电阻将有助于改善力矩电机和伺服阀动态性能，尤其是稳定性。3 磁性液体产生的力在图3中显示气隙转矩电动机磁性液体的工作状态。我们可以看到，电枢的截面被磁液体完全包围。由于磁性液体饱和磁化，因此有力存在电枢的工作表面的上行和下行。由于磁性液体粘度，有阻尼力工作在电枢的左侧和右侧。3.1 磁流体的粘度产生的力图 3 图 4 如果电枢沿着磁通在气隙磁场横截面被磁性液体完全包围，见图3，当电枢旋转时，由于磁性液体粘度，将会有力工作在电枢上。由于磁流体的粘度电枢上的力显示在图4。力工作于电枢的旋转形成阻尼。它可以计算如下： （1） 假设沿y轴旋转速度分布均匀，旋转速度的梯度做可以简化为做=，电枢的旋转速度可以写为=。因此公式(1)可以写成： （2） 磁液体粘度和磁场强度之间的关系的研究如3.5。 它表明,当工作的磁性液体磁场强度增加时，磁性液体的粘度逐渐增大。磁流体的粘度在磁场以磁性液体粘度命名。磁性液体粘度是磁场强度的函数。由于磁性的非牛顿流体特性，所以它也是函数剪切速率或电枢旋转速度。为了简化仿真，所以磁性液体就必须是饱和的，在本文中以磁性流体的磁性液体粘度作为常数。3.2 磁性液体的磁化产生的力见9，当磁性液体暴露在一个磁场中，在电枢上磁性液体的磁性粘度作用的是压力。我们知道从10研制的磁液压力可以写为： （3）当磁性液体饱和磁化强度几乎是常数时，公式(3)可简化为： （4）如果力矩马达的磁场强度和工作间隙被认为是无处不在的，那么相同的和最低的外表面磁性液体的磁场强度几乎是可以忽略不计的，公式(4)可以写成：由于磁性液体饱和磁化，力和工作在转矩电动机电枢上，分别在缺口1和2可以计算： ( 5 ) ( 6 ) 磁场强度H在转矩电动机气隙是一个不同与当前的力矩马达线圈和旋转角度的电枢函数。如果忽略漏磁这个误差，磁场强度通过缺口1和2可以表示为： (7) (8)其中当旋转角度的电枢是将会增加高度的两个缺口2和4，那么其他两个缺口1和3将会减少。因此，磁场强度通过缺口1和3的距离将会增加。磁场强度通过缺口2和4的距离将减少。4 磁性液体产生的力矩负载转矩由于磁流体的粘度对电枢可以表示为： (9)由于饱和磁化的磁性液体，负载转矩工作在电枢可以计算为： (10)通常，为了简化仿真液压伺服阀力矩电机的输出转矩线性化为当条件是满足的8。在这种情况下，转矩电机工作在平衡点。因此，线性化是可以接受的。 同样的原因，由于磁性液体的饱和磁化，负载转矩也可以简化为，在常数和的功能和、和的时一样的。5 转矩电动机的动态数学模型力矩电机的运动方程可以写成： (11)当转矩电动机不安装液压伺服阀，粘性系数由于机械摩擦的支持和粘性摩擦的空气通常可以忽略不计。如果磁性液体不在力矩马达的工作间隙内，负载转矩就应该被省略了。如果磁性液体应用于转矩电机、负载转矩可以描述为：。 6 磁性液体作用下力矩电机动态特性 磁性液体作用下力矩电机动态特性使用Matlab仿真软件进行了分析。力矩马达结构参数如表1所示。表 1 力矩马达的结构参数参数 数值永磁宽度 18.8永久磁铁在极地方向的长度 10.4电枢的长度 32.2电枢的宽度 3电枢的厚度 1.4 核的长度 32.2核的厚度 3区域差距正常路径的通量 3.9x3沿衔铁运动方向磁流体与衔铁的有效接触面积 3.9x2中间长度g 0.3电磁力矩的力臂长度 16线圈转动 4000电枢的惯性 弹簧管刚度 12.7 力矩马达输入电流 0.01力矩马达磁弹簧刚度 1.08力矩马达矩常数 1.615 粘性阻力系数 0.000036 磁性流体的转矩常数 0.15磁性流体的磁弹簧常数 0.625 磁性液体的饱和磁化的在仿真系统里是400 Gs。磁性液体的粘度在没有磁场时是 1.9 Pas。当磁性液体得到饱和，磁性液体的粘度暴露在力矩马达的工作间隙的磁场中为是3.0 pas。这个分析力矩马达的动态特性作为波德图显示在图5。 有磁性液体的力矩马达的动态特性使用光学位移传感器测试。当提供给力矩电机的频率信号不同时，电枢位移在不同频率时记录正弦信号不同。转矩电动机电枢的动态幅度响应如图6。图 5 力矩马达动态特性伯德图图 6 力矩马达动态幅频特性测试曲线图5显示了当磁性液体被应用或不是用力矩电机时，一种液压力矩马达的模拟谐振频率约900赫兹。图6表明，当磁性液体应用或不是用力矩电机时，测试力矩电机的共振频率约为1000赫兹。在本文中，模拟和测试之间的共振频率的应用是可以接受，虽然大约有10%的他们之间的错误。自激振动和测试模拟共振之间的频率差异是最可能引起仿真和实验的误差。力矩马达的一些因素不能包括正确的仿真模型。例如，磁通量泄漏和噪声造成仿真错误。当实验完成后，频率(10 )也可能以某种方式贡献实验误差。模拟和测试之间的共振频率很难量化错误。当磁性液体填充到力矩马达，在磁性液体作用下，由于电枢阻尼力，共振峰值明显降低。阻尼力与磁性液体和力矩马达的阻尼比有关，它可以从共振峰那计算。表5和6显示，由于磁流体的粘度，阻尼力相同的影响趋势。它也可以看到,当磁流体应用时，电动机获得的转矩是稍微降低了。这是因为磁性液体还说明了扭矩马达的阻力和负载扭矩。7 总
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