本發(fā)明屬于磁流變液的特性研究領(lǐng)域，特別涉及一種間隙可調(diào)式磁流變液力學性能測試裝置。

背景技術(shù)：

磁流變液(MRF)是一種對磁場敏感、性能可控的新型智能材料。它是一種主要由非磁性載液和分散于其中的磁性顆粒以及添加劑混合而成的懸浮液。在無磁場作用時表現(xiàn)為牛頓流體特性，一旦施加外磁場，其特性可在毫秒級的時間里由牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈唣ざ?、低流動性的Bingham流體，并具有一定的抗剪切屈服能力，這種變化具有連續(xù)、可逆、易控、響應迅速及工作溫度范圍大等特點。因此，作為一種極具前景的智能材料，磁流變液及其器件可廣泛應用于車輛、橋梁、醫(yī)療、機械、建筑、航空航天等領(lǐng)域。

磁流變液的性能主要包括剪切屈服強度、零場粘度、沉降穩(wěn)定性和再分散，其中剪切屈服強度與軟磁性顆粒的含量、磁學性質(zhì)以及顆粒粒徑密切相關(guān)。磁流變液的法向應力伴隨其剪切應力產(chǎn)生，是擠壓型磁流變液阻尼器以及進一步擴充磁流變液應用領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)，且正確測試其屈服應力是磁流變液機理研究和應用的關(guān)鍵。因此，開發(fā)一種間隙可調(diào)式磁流變液屈服應力測試裝置具有非常重要的科研價值與經(jīng)濟價值。平板型磁流變測試裝置的平板型剪切面積較大，測量時不易產(chǎn)生勻強磁場，而本發(fā)明采用圓盤式剪切模式，能夠產(chǎn)生較為均勻的勻強磁場。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種間隙可調(diào)式磁流變液力學性能測試裝置，將磁流變液置于勵磁線圈的中央，磁場能垂直且均勻分布在所述的磁流變液上，同時可通過調(diào)節(jié)勵磁線圈中電流的大小來改變磁感應強度的大小，通過調(diào)節(jié)第一螺栓來調(diào)節(jié)剪切間隙的大小，和通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)剪切速率。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種間隙可調(diào)式磁流變液力學性能測試裝置，包括導磁箱體、端蓋、下圓盤、上圓盤、電機、勵磁線圈、扭矩傳感器和支架，所述的電機連接在所述的端蓋上，所述的導磁箱體與所述的端蓋可拆卸式連接，所述的上圓盤和所述的下圓盤的中心軸線重合，在所述的上圓盤與所述的下圓盤之間的所述的下圓盤的上端面設(shè)有環(huán)型磁流變液腔，所述的上圓盤的上端穿出所述的端蓋與所述的電機的輸出端連接，所述的下圓盤的下端穿過所述的導磁箱體與所述的支架相連接，所述的支架上開有槽，所述的下圓盤通過第一螺栓在所述的槽中上下移動，調(diào)節(jié)剪切間隙，在所述的導磁箱體內(nèi)的所述的下圓盤上設(shè)有中心軸線重合的軸肩，所述的軸肩上繞有所述的勵磁線圈，所述的導磁箱體的底部與所述的扭矩傳感器的一端連接，所述的矩傳感器的另一端與所述的下圓盤的下端連接。

進一步的優(yōu)選，還包括電機支撐架，所述的電機與電機支撐架固定為一體，并通過螺釘連接在所述的端蓋上；所述的環(huán)型磁流變液腔為環(huán)型非磁性四氟墊圈。

進一步的優(yōu)選，所述的上圓盤的上端通過聯(lián)軸器與所述的電機的輸出端連接。

進一步的優(yōu)選，所述的上圓盤與所述的端蓋之間通過軸承連接，所述的軸承與所述的端蓋過盈配合連接。

進一步的優(yōu)選，所述的軸承為直線軸承。

進一步的優(yōu)選，所述的電機的輸出端和所述的上圓盤的中心軸線重合。

進一步的優(yōu)選，所述導磁箱體、端蓋和下圓盤的磁路均采用高磁導率的磁軛材料，所述的上圓盤采用高磁導率低剩磁的20#鋼。

進一步的優(yōu)選，所述的軸肩的形狀為圓臺形。

進一步的優(yōu)選，所述的導磁箱體的一側(cè)開有兩個孔。

進一步的優(yōu)選，所述的導磁箱體與所述的端蓋螺紋連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

第一.本發(fā)明的一種間隙可調(diào)式磁流變液力學性能測試裝置，通過在與中心軸線重合的下圓盤上設(shè)有一繞有勵磁線圈的軸肩，使得磁流變液置于磁場發(fā)生裝置的中央，磁場能垂直且均勻分布在磁流變液上；

第二.本發(fā)明的一種間隙可調(diào)式磁流變液力學性能測試裝置，通過在所述的支架上開有一定長度的槽，所述的下圓盤通過調(diào)節(jié)第一螺栓實現(xiàn)其在所述的槽中上下移動，進而實現(xiàn)磁流變液應力測試裝置剪切間隙的調(diào)節(jié)；

第三.本發(fā)明的一種間隙可調(diào)式磁流變液力學性能測試裝置，通過調(diào)節(jié)勵磁線圈中電流的大小來改變磁感應強度的大小，通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來改變剪切速率，具有操作簡便、間隙可調(diào)、精確度高、定位準確等優(yōu)點。

當然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種間隙可調(diào)式磁流變液力學性能測試裝置的縱向剖面示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種間隙可調(diào)式磁流變液力學性能測試裝置的下圓盤與支架連接關(guān)系的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應該理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明，而不用于限定本發(fā)明的保護范圍。在實際應用中本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明做出的改進和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。

為了更好的說明本發(fā)明，下方結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。

如圖1所示，本發(fā)明的一種間隙可調(diào)式磁流變液力學性能測試裝置，包括導磁箱體1、端蓋2、下圓盤3、上圓盤4、電機5、勵磁線圈6、扭矩傳感器7、支架8和電機支撐架9，所述的電機5與電機支撐架9通過四個第二螺栓(圖中未標示)固定為一體，并通過四個螺釘10固定連接在所述的端蓋2上，所述的電機5用于帶動所述的上圓盤4轉(zhuǎn)動，所述的導磁箱體1與所述的端蓋2通過螺紋16連接，所述的上圓盤4與所述的下圓盤3、所述的電機5的輸出端的中心軸線均重合，實現(xiàn)所述的下圓盤3和上圓盤4的軸向固定，在所述的上圓盤4與所述的下圓盤3之間的所述的下圓盤3的上端面設(shè)有環(huán)型非磁性四氟墊圈11，用于放置磁流變液，所述的上圓盤4的上端穿出所述的端蓋2，通過聯(lián)軸器12與所述的電機5的輸出端連接，所述的上圓盤4與所述的端蓋2之間通過直線軸承13連接，所述直線軸承13與所述的端蓋2過盈配合連接，徑向固定上圓盤4，減小摩擦阻力，所述的下圓盤3的下端穿過所述的導磁箱體1與所述的支架8相連接，所述的支架8上開有一定長度的槽18，所述的下圓盤3通過第一螺栓14在所述的槽18中上下移動，調(diào)節(jié)剪切間隙，在所述的導磁箱體1內(nèi)的所述的下圓盤3上設(shè)有中心軸線重合的軸肩15，所述的軸肩15上繞有所述的勵磁線圈6，所述的勵磁線圈6為磁場發(fā)生裝置；所述的導磁箱體1的底部與所述的扭矩傳感器7的一端連接，所述的矩傳感器7的另一端與所述的下圓盤3的下端連接，具體的，所述的下圓盤3伸出導磁箱體1端的底部通過左旋螺紋孔(圖中未標示)與扭矩傳感器7一端連接，扭矩傳感器7的另一端通過螺紋與下圓盤3的下端連接，從而實現(xiàn)下圓盤3的軸向固定。

所述導磁箱體1、端蓋2和下圓盤3的磁路均采用高磁導率的磁軛材料，所述的上圓盤4采用高磁導率低剩磁的20#鋼，以約束感應圈漏磁向外擴散，提高磁感應加入的效率。

所述的軸肩15的形狀為圓臺形，本發(fā)明對所述的軸肩15的形狀不作限制。

所述的導磁箱體1的一側(cè)開有兩個20mm的圓孔，一個圓孔(圖中未標示)用于勵磁線圈中導線的引出與控制電源相連，另一個圓孔17用于特斯拉計探針的放置。

在磁流變液產(chǎn)生磁流變效應的過程中，會同時產(chǎn)生法向應力，該力將會促使上圓盤4和下圓盤3往相反方向運動，從而引起剪切間隙變化，本發(fā)明可通過調(diào)節(jié)第一螺栓14實現(xiàn)其在所述的槽中上下移動，從而實現(xiàn)磁流變液應力測試裝置剪切間隙的調(diào)節(jié)，同時在與中心軸線重合的下圓盤上設(shè)有一繞有勵磁線圈的軸肩，使得磁流變液置于磁場發(fā)生裝置的中央，磁場能垂直且均勻分布在磁流變液上。

其工作原理如下：由于磁流變液在磁場的作用下表現(xiàn)出非牛頓流體的特性，其力學模型可以采用Bingham模型來進行描述，式(1-1)給出的τ_y是磁流變液的磁致剪切屈服應力，η是磁流變液的粘度系數(shù)；定義剪切應變?yōu)?/p>

其中，r為上下剪切盤的半徑，h為剪切間隙，ω為電機的轉(zhuǎn)速，根據(jù)電機轉(zhuǎn)速和剪切間隙，可以計算得到剪切應變的大小。

剪切轉(zhuǎn)矩可表示為

式(1-3)給出了磁流變液阻尼材料的剪切轉(zhuǎn)矩與剪切圓盤的半徑r_d、外部的磁感應強度(主要影響磁致剪切屈服應力)、剪切應變及剪切間隙h之間的關(guān)系。根據(jù)磁流變液的特性，外加電流后，剪切轉(zhuǎn)矩的大小主要與磁流變液的磁致剪切屈服應力有關(guān)，因此可由實驗測試得磁流變液剪切扭矩，并通過上式計算獲得磁流變液的剪切屈服應力。

以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。