磁流变液动压轴承设计【三维SW】【含CAD图纸+PDF图】
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重庆理工大学毕业论文 文献综述磁流变液动压轴承的设计重庆理工大学 机械工程学院 10904020505 邓磊摘要： 磁流变液动压轴承的是基于滑动轴承，将润滑油中添加磁流变液，再添加磁场，根据雷诺方程改变磁场强度使液体粘度改变，从而引起轴承与液体之间的摩擦力改变，来实现可控制的滑动轴承。在此之前要先研究磁流变液传输机制，提出磁流变液动压轴承的设计方案，设计具体结构，基于雷诺方程和磁流变特性，推导不同状态下的动压性能与磁场的关系，进而获得轴承的具体控制方法。磁流变液动压轴承让原来的动压轴承具有更多的功能可以在很多不同的场合下工作。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、 动压轴承简介根据滑动轴承两个相对运动表面油膜形成原理的不同。可分为流体动压润滑轴承（也称动压轴承）和流体静压轴承（也称静压轴承）。一般讨论的是流体动压润滑轴承，它通过轴和轴承的相对运动把油带入两表面之间，形成足够的压力膜，将两表面隔开，从而承受载荷。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力。但起动摩擦阻力较大。轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸的减摩材料层称为轴承衬。轴瓦和轴承衬的材料统称为滑动轴承材料。常用的滑动轴承材料有轴承合金（又叫巴氏合金或白合金）、耐磨铸铁、铜基和铝基合金、粉末冶金材料、塑料、橡胶、硬木和碳-石墨，聚四氟乙烯（PTFE）、改性聚甲醛（POM）、等。常用的润滑剂有油、水、空气等流体和石墨、二硫化钼等固体，依轴承的应用场合和要求而定。以液体作润滑剂的径向轴承按润滑膜的厚薄分为薄膜润滑轴承和厚膜润滑轴承。和滚动轴承相比，滑动轴承具有承载能力高、抗振性好，工作平稳可靠，噪声小，寿命长等优点，它广泛用于内燃机、轧钢机、大型电机及仪表、雷达、天文望远镜等方面。常见滑动轴承如下图：2、 磁流变液简介1、 磁流变液定义：磁流变液（Magnetorheological Fluid , 简称MR流体）属可控流体，是智能材料中研究较为活跃的一支。磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的Binghan体特性。由于磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，因此是一种用途广泛、性能优良的智能材料。2、 磁流变液应用范围：目前，磁流变液已经开始应用于研磨（抛光）工艺、阀门和密封、家庭健身器、机械手的抓持机构、装配车间不规则形体的依托架、以及自动化仪表、机器人的传感器和采矿、印刷等行业。在其众多应用领域当中，研究最多、发展最快的应用领域是汽车座位减振器、刹车器、主动驱动器以及土模机构减振器。 3、磁流变液应满足的指标（1） 零磁场粘度低，以便使其在磁场作用下，具有同等剪切屈服强度增长时，具有更大的可调范围。（2） 强磁场下剪切屈服强度高，至少应达到2030Kpa，这是衡量磁流变液特性的主要指标之一。（3） 杂质干扰小，以增加其使用范围。（4） 温度使用范围宽，即在相当宽的温度范围具有极高的稳定性。（5） 响应速度快，最好能达到毫秒级，以使磁流变液减振器作为主动和半主动控制器时，基本不存在时迟问题。（6） 抗沉降性好，长时间存放应基本不分层。（7） 能耗低，在较弱的磁场下可产生较大的剪切屈服强度。（8） 无毒、不挥发、无异味，这是由其应用领域所决定的。3、 磁流变液的发展前景1、由于磁流变液优良的物理特性、流变特性,近几年来,应用研究较晚的磁流变液有较强劲的发展势头,在Lord公司率先提供的几种商业化电磁流变液器件中,几乎都是磁流变液应用器件。511磁流变液应用于阻尼元件由于磁流变液能够产生强大的阻尼力,而且磁流变液阻尼器可以根据外部的振动环境不同调节磁场强度,很容易改变减振系统的阻尼和刚度,可达到主动减振的目的,因而阻尼器件是磁流变液的最大应用领域。磁流变液可用于许多新型汽车零部件,较典型的有可控阻尼的悬架减振器,可提高汽车的安全性和舒适性。Lord公司在1995年的第五届国际电流变液、磁流变液及相关技术研讨会上展示了一种应用磁流变液技术的卡车座位减振器,减振器全长为15cm,在磁场区域内有效的流体量仅为013mL,电力功耗为15W。这种磁流变液减振器可以直接代替普通减振器,使卡车座位的振幅减小20%50%,大大减小了卡车司机在崎岖道路上驾车的危险性。在土木工程中可利用磁流变阻尼器来减轻地震响应或结构振动。Lord公司设计制造了一种地震阻尼器,可产生200kN的阻尼力。磁流变液阻尼器用于直升飞机旋冀系统稳定性控制的研究是近年来磁流变液在航空工业中的一个新应用,Marathe19将剪切模式磁流变阻尼器的Bingham塑性模型与旋冀的空气力学模型结合在一起形成一个力学系统模型,发现磁流变阻尼器在地面共振稳定性控制方面用开关控制方案能提供充足的阻尼,而在向前飞行时如果空气动力阻尼足够,可使用开关控制,如果需要附加的阻尼,就需要使用线性反馈控制。Kamath20对一种用于直升飞机旋冀系统稳定性控制的磁流变阻尼器的比例模型在通电或断电、单个或成对使用、施加不同预载、单频或双频激扰等多种条件下的特性进行了研究。Madhavan21建立了磁流变阻尼器的非线性力学模型。2、 磁流变液应用于控制元件磁流变液可以做成优良的敏捷控制元件,应于汽车、航空航天、机械制造、矿山等工业中,在可控机械部件间传递力或力矩。在这一类的磁硫变液元件中,离合器、制动器都是典型的例子。另外,磁流变液还可以做成磁流变可控阀门,利用磁流变液在磁场作用下在液态固态间可逆变化的特性,控制液压回路的开合。利用该特征可设计成控制阻力大小的伸缩缸,由于这种结构在外部回路中建立专门的控制阀,可控性非常好,而且反应比较敏捷,可在大力矩、大行程的结构中使用。利用磁流变液在磁场作用下发生固化的特征,可对形状结构较为复杂的工件进行定位和夹紧,以保证加工精度并减少非加工工时,这样可以开发柔性夹具。由于典型磁流变液的屈服应力为80100Pa,这对柔性夹具来说还不够,利用加压的方法迫使液体微观结构由单链变为粗大的柱状,在中等磁场的作用下使其屈服应力达到800Pa以上,从而满足夹具的承载能力要。4、 软件应用简介 SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今，至2010年已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。5、 总结 磁流变液动压轴承由于是在全液体条件下工作，因此轴承应该选取流体润滑的动压轴承，例如液体动压止推轴承、液体动压径向轴承等，液体动压推力轴承是由若干个油楔组成的推力轴承，其承载能力为各油楔油膜压力之和，常用于水轮机、汽轮机、压气机等中等以上速度的设备(如推力滑动轴承、对开式径向滑动轴承)。动压止推轴承结构如下图所示：对开式径向滑动轴承结构图： 参考文献1 A. Lawniczak, Electro- and Magnetorheological Fluids and their Applications in Engineering, Poznanan 1999 (in Polish)2 S.P. Rwei, H.Y. Lee, S.D. Yoo, L.Y. Wang, J.G. Lin, Magnetorheological characteristics of aqueous suspensions that contain Fe3O4 nanoparticles, Colloid Polymer Science 283 (2005), 125312583 C. Holm, J.-J. Weis, The structure of ferrofluids: A status report, Current Opinion in Colloid & Interface Science 10 (2005), 1331404 D.A. Siginer, Advances in the Flow and Rheology of Non- Newtonian Fluids, Elsevier, 19995 K.C. Chen, C.S. Yeh, A mixture model for magnetorheological materials, Continuum Mechanics and Thermodynamics, 15 (2002), 4955106 L. Zhou, W. Wen, P. Sheng: Ground States of Magnetorheological Fluids, Physical Review Letters Vol. 81, Nr 7, 1509-15127 J. Huang, J.Q. Zhang, Y. Yang, Y.Q. Wei: Analysis and design of a cylindrical magneto-rheological fluid brake, Journal of Materials Processing Technology 129 (2002), 5595628 K. Shimada, Y. Wu, Y. Matsuo and K. Yamamoto, New polishing technique using new polishing tool consisting of micro magnetic clusters in float polishing, Proceedings of the 8t
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