阅读说明：本技术 一种永磁激励的磁流变过载安全防护多层多盘式联轴器 (Permanent magnet excited magnetorheological overload safety protection multilayer multi-disc type coupling ) 是由 叶绪丹 王炅 于 2019-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种永磁激励的磁流变过载安全防护多层多盘式联轴器,包括主动轴、左端盖、外磁铁组、外主动盘、壳体、右端盖、外从动盘、内从动盘、内主动盘、滚动轴承、从动轴、主动转子、内磁铁组、磁流变脂、隔离套、从动转子；主动轴与主动转子固连,从动轴通过滚动轴承与右端盖联接；左端盖、从动转子和右端盖上分别开有环形凹槽,将磁体组分别安装在环形凹槽内,外主动盘和内主动盘分别固定在主动转子和壳体上；外从动盘和内从动盘固定在从动转子上；左端盖、壳体、右端盖、主动转子、从动转子之间形成腔室,磁流变脂充满于该腔室中,并通过隔离套密封。本发明无需使用外界电源供能,采用多层多盘形式,结构紧凑,操作方便,成本低。(The invention discloses a magneto-rheological overload safety protection multilayer multi-disc type coupling excited by permanent magnets, which comprises a driving shaft, a left end cover, an outer magnet set, an outer driving disc, a shell, a right end cover, an outer driven disc, an inner driving disc, a rolling bearing, a driven shaft, a driving rotor, an inner magnet set, magneto-rheological grease, an isolation sleeve and a driven rotor, wherein the left end cover is connected with the left end cover; the driving shaft is fixedly connected with the driving rotor, and the driven shaft is connected with the right end cover through a rolling bearing; the left end cover, the driven rotor and the right end cover are respectively provided with an annular groove, the magnet groups are respectively arranged in the annular grooves, and the outer driving disk and the inner driving disk are respectively fixed on the driving rotor and the shell; the outer driven disc and the inner driven disc are fixed on the driven rotor; and a cavity is formed among the left end cover, the shell, the right end cover, the driving rotor and the driven rotor, and magnetorheological grease is filled in the cavity and sealed by an isolation sleeve. The invention does not need to use an external power supply for energy supply, adopts a multilayer multi-disk form, and has compact structure, convenient operation and low cost.)

一种永磁激励的磁流变过载安全防护多层多盘式联轴器

技术领域

本发明属于安全防护动力传递装置，具体涉及一种永磁激励的磁流变过载安全防护多层多盘式联轴器。

背景技术

联轴器作为传递扭矩的机械零件，在高速重载的动力传动中经常被使用。传统联轴器的扭矩传递一般是通过刚性材料或液体动压来实现，前者虽具有重量轻，超低惯量和高灵敏度的优点，但对两轴对中性的要求很高，而后者在使用时振动会比较大且供压压力大，这会导致维护困难。此外，更重要的是，传统联轴器因其无过载保护和散热等功能而在出现故障时会影响到与其相连的设备，严重时会导致人员伤亡。

事实上在实际应用的机械设备的传动系统中会存在许多尖峰冲击载荷，这些冲击载荷会导致传动装置过载，轻则引起零部件失效或设备报废，重则发生人员伤亡。因此，提出了“一种圆筒式磁流变液联轴器”(专利号：201220158860.4)，其优势在于工作扭矩可调可控且具有过载保护功能，其结构采用磁流变液作为传递介质，联轴器内转筒上绕有励磁线圈且其与集流环连接，通过调节集流环上的电源来控制输出电压或电流，以此来改变线圈的输入电压或电流的大小，通过电流的变化来调控磁流变液工作时的磁感应强度大小及剪切应力的大小，最终实现对联轴器传递扭矩的可控可调。然而，此联轴器虽然力矩可调且具有过载保护措施，但该联轴器采用的是电流励磁，不仅会带来能量损耗而且效率低。为了解决这一问题，一种永磁型磁流变液极限扭矩联轴器(专利号：201010501932.6)公开了一种永磁型磁流变联轴器。其将电流激励改为永磁体激励，能够实现零耗能，但该联轴器在大型设备上具有传递力矩不足的缺陷，这可能与永磁体最大磁场强度有关，使得磁流变材料所在区域无法达到最优磁路，导致最终减小了最大输出扭矩。

磁流变脂与其他智能材料类似，零磁场时会表现出有一定粘度的润滑脂状，一旦施加外磁场，材料会立刻呈类固状，此时具有一定的剪切屈服应力。该过程快速且可逆。磁流变脂具有沉降性低、密封性好和制备容易等诸多优势使其在工程上有广泛的应用。其剪切应力的大小与磁场强度的关系可以用Bingham模型来描述，模型表达式为：

式中，τ为磁流变脂的剪切应力；τ_y(B)为磁流变脂的剪切屈服应力，其值与磁场相关；η为磁流变脂的粘度，可通过流变仪测出；r为圆盘半径；w为圆盘角速度；h为两圆盘之间的高度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁激励的磁流变过载安全防护多层多盘式联轴器，无需使用外界电源供能，采用多层多盘形式，具有结构紧凑，操作方便，成本低等特点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种永磁激励的磁流变过载安全防护多层多盘式联轴器，包括主动轴、左端盖、外磁铁、外主动盘、壳体、右端盖、外从动盘、内从动盘、内主动盘、滚动轴承、从动轴、主动转子、内磁铁、磁流变脂、隔离套、从动转子；主动轴与主动转子固连，从动轴通过滚动轴承与右端盖联接，形成转到副；主动轴、左端盖、壳体、右端盖通过螺栓连接；左端盖上开有内外环形凹槽，从动转子和右端盖上分别开有内、外环形凹槽，将内磁体和外磁体分别安装在内外环形凹槽里面，且采用隔离套与磁流变脂隔离；外主动盘和内主动盘分别固定在壳体和主动转子上面；外从动盘和内从动盘固定在从动转子上；左端盖、壳体、右端盖、主动转子以及从动转子之间形成腔室，磁流变脂充满于该腔室中，并通过隔离套密封；从动轴、左端盖和壳体、右端盖为非导磁铝合金材料；所述内主动盘、外主动盘、内从动盘、外从动盘为强导磁低碳钢材料；所述隔离套为钛合金材料；外主动盘有五个、内主动盘有四个、外从动盘有四个、内从动盘有三个；所述隔离环有二十一个；内磁铁和外磁铁分别有四个且为环状，每个磁铁呈同心同平面排列，内磁铁和外磁铁排列的磁场方向完全相同且为轴向磁场和径向磁场混合排列；磁流变脂由商业润滑脂和羰基铁粉混合加工而成。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)以磁流变脂作为传力介质，在内外两层安装有永磁体，且由轴向和径向磁场方向交错排列，使得永磁体在磁流变脂附近产生强磁场，强磁场会使得联轴器中的磁流变脂具有一定剪切屈服应力，进而让主动轴与从动轴固接传递一定的扭矩。

(2)不需要外界提供能量，具有结构简单、紧凑，操作方便，成本低的特点。

(3)通过永磁铁产生磁场，不需要附加供电设备，磁流变传动装置的传递扭矩大，并且当传递扭矩大于外载荷时起动力传递作用，反之则起到过载安全防护的作用，同时该结构比单盘或多盘联轴器的传递力矩要大。

附图说明

图1为本发明是一种永磁激励的磁流变过载安全防护多层多盘式联轴器的整体结构示意图。

图2为本发明一种永磁激励的磁流变过载安全防护多盘式联轴器永磁体之间轴向磁场和径向磁场混合排列方式示意图。

图3为本发明一种永磁激励的磁流变过载安全防护多盘式联轴器外主动盘与外从动盘的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1、图2和图3，本发明所述的一种永磁激励的磁流变过载安全防护多层多盘式联轴器，包括主动轴1、左端盖2、壳体5、右端盖6、滚动轴承10、从动轴11、主动转子12、磁流变脂14、从动转子16、若干外主动盘4、若干外从动盘7、若干内从动盘8、若干内主动盘9、若干环形的隔离套15、两组外磁铁组3和两组内磁铁组13。

主动轴1包括共轴依次连接的第一圆柱、第二圆柱和第三圆柱，其中第一圆柱直径小于第二圆柱，第三圆柱直径小于第二圆柱直径。壳体5为圆筒形，左端盖2和右端盖6分别位于壳体5两端并通过若干螺栓17进行固连，三者形成主腔体，左端盖2的左端面中心设有凸起，自凸起的外端面中心向右开有一个直径依次增大的二阶通孔，直径小的为第一阶孔，直径大的为第二阶孔，主动轴1的第一圆柱一端自第一阶孔伸出左端盖2，第二圆柱位于第二阶孔内，第三圆柱位于主腔体内，通过若干螺栓17将第一圆柱与左端盖2进行固连，左端盖2的右端面上以其圆心为中心开有同心的第二环形凹槽和第一环形凹槽，其中第二环形凹槽位于第一环形凹槽内侧，右端盖6的左端面上以其圆心为中心开有第三环形凹槽，第一环形凹槽和第三环形凹槽内分别设置一组外磁铁组3，第二环形凹槽内设有一组内磁铁组13，并在外磁铁组3和内磁铁组13外侧设置隔离套15，将外磁铁组3和内磁铁组13与磁流变脂4隔离。

主动转子12为圆柱体，自其左端面中心向右开有一个盲孔，将主动转子12套在主动轴1的第三圆柱上，两者紧密配合；从动轴11右端伸出右端盖6，左端与右端盖6通过滚动轴承10连接，形成转动副，从动轴11的左端与从动转子16固连，主动转子12外壁开有一圈第七环形凹槽。

从动转子16为圆筒形，其右端封闭，并位于主腔体内，主动转子12伸入从动转子16的圆筒，但两者之间不接触，从动转子16的内壁与主动转子12之间形成第一空腔，从动转子16外壁与壳体5形成第二空腔。从动转子16的封闭端的左端面上开有一圈第四环形凹槽，其内设有一组内磁铁组13，从动转子16圆筒外侧壁上开有一圈第五环形凹槽，内侧壁上开有一圈第六环形凹槽。

位于第一空腔的壳体5内壁上间隔设置若干环形的外主动盘4构成的外主动盘组，相邻的两个外主动盘4之间通过隔离套15分离，位于第一空腔内的从动转子16的第五环形凹槽内设有若干环形的外从动盘7构成的外从动盘组，相邻的两个外从动盘7之间通过隔离套15分离，外主动盘4和外从动盘7穿插间隔设置，外主动盘4比外从动盘7多一个，使得相邻的两个外主动盘4之间存在一个外从动盘7。

位于第二空腔的从动转子16的第六环形凹槽内间隔设置若干环形的内从动盘8构成的内从动盘组，相邻的两个内从动盘8之间通过隔离套15分离，位于第二空腔的主动转子12的第七环形凹槽内外间隔设置若干环形的内主动盘9，构成内主动盘组，相邻的两个内主动盘9之间通过隔离套15分离。内从动盘8和内主动盘9穿插间隔设置，内主动盘9比内从动盘8多一个，使得相邻的两个内主动盘9之间存在一个内从动盘8。

磁流变脂14充满于左端盖2、壳体5、右端盖6、主动转子12以及从动转子16之间形成第一空腔和第二空腔。

主动轴1、左端盖2和壳体5、右端盖6、从动轴11、主动转子12、从动转子16为非导磁铝合金材料；所述内主动盘9、外主动盘4、内从动盘8、外从动盘7为强导磁低碳钢材料；所述隔离套15为钛合金材料。

所述外磁铁组3和内磁铁组13材料为稀土钕铁硼(NdFeB)。外磁铁组3和内磁铁组13用于保证产生足够大的磁场，每组外磁铁组3和内磁铁组13均包含四个同心同平面排列圆环磁铁，圆环磁铁方向的排列规律为轴向磁场和径向磁场相互交替排列；磁流变脂14内部磁性颗粒为羰基铁粉。

隔离套15防止磁流变脂14泄漏，在滚动轴承10、从动转子16和右端盖6的交界处也设有隔离套15。

结合图1、图2和图3，本发明具体实施过程如下：主动轴1转动时会带动主动转子12、内主动盘9、左端盖2、壳体5、外主动盘4以及右端盖6同步转动，在外磁铁组3和内磁铁组13的共同作用下产生强磁场，强磁场通过磁流变脂14所在区域并发生磁流变效应，此时磁流变脂14呈现类固状，并产生一定的剪切屈服应力，屈服应力的产生会将从动转子16上的外从动盘7和外主动盘4与内主动盘9和内从动盘8类固定在一起，将主动轴1的扭矩传递给从动轴11，当传递扭矩大于外载荷时起动力传递作用，小于过载则起到安全防护的作用，同时该结构比单盘或多盘联轴器的传递力矩要大。

综上所述，本发明所述的永磁激励的磁流变过载安全防护多层多盘式联轴器，采用磁流变脂作为传动介质，永磁体作为激励源，永磁体在内外层都有布置，且由轴向和径向磁场方向交错排列，这样的目的是能够使磁流变脂周围区域的磁感强度最优，使得联轴器在具有最大输出扭矩的同时有零耗能的特点。