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磁流變液的性能與應(yīng)用
M. Kciuk a,* R. Turczyn b
a Division of Nanocrystalline and Functional Materials and Sustainable
Pro-ecological Technologies, Institute of Engineering Materials and Biomaterials,
Silesian University of Technology, ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice, Poland
b Department of Physical Chemistry and Technology of Polymers,
Silesian University of Technology ul. Marcina Strzody 9, 44-100 Gliwice, Poland
* Corresponding author: E-mail address: monika.kciuk@polsl.pl
Received 15.03.2006; accepted in revised form 30.04.2006
目的 ：本文介紹了近年來磁流變流體（MR）的基本屬性及其發(fā)展，以及在各種 機(jī)械設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用中的作用提高了。
設(shè)計(jì)/方法/方式 ：理論研究成果中獲得的性能和應(yīng)用。在過去的幾十年和近幾年所取得的進(jìn)步。
調(diào)查結(jié)果： 它是非常清楚的介紹傳統(tǒng)的設(shè)備更換與應(yīng)用，這種智能系統(tǒng)能更好地適應(yīng)環(huán)境的刺激是必要的。他們中的許多應(yīng)用將包括磁流變液為活性成分。
研究限制/影響 ：MR流體性能優(yōu)異的可以應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域的民用工程，安全工程，交通運(yùn)輸和生命科學(xué)。他們提供了一個(gè)具有優(yōu)秀的活動(dòng)能力控制的機(jī)械性能。
實(shí)踐意義： 從事剎車的設(shè)計(jì)工程師非常有用的材料，阻尼器，合器和減震器系統(tǒng)。
創(chuàng)新/價(jià)值 ：本文介紹了一個(gè)跟上時(shí)代的MR材料的開發(fā)和應(yīng)用在土木工程。超過時(shí)下解決方案的智能系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)將成為的方向21世紀(jì)器件的研究和設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞： 智能材料，磁材料，磁學(xué)性質(zhì)，剪應(yīng)力
1. 1 介紹
目前使用標(biāo)準(zhǔn)的電子和機(jī)械設(shè)計(jì)的材料在科學(xué)技術(shù)已經(jīng)取得了驚人的發(fā)展，這些材料不具有某些金屬材料特別特殊的特性（即 鋼，鋁，金）。
試想一下各種可能性，存在的特殊材料具有的屬性，并且科學(xué)家可以操作，一些材料有能力改變形狀或大小，只需加入一點(diǎn)點(diǎn)的熱量，或從液體到固體在磁鐵附近時(shí)發(fā)生改變，這些材料就是所謂的智能材料。 智能材料具有一個(gè)或多個(gè)屬性，可以顯著地改變材料的屬性。最日常的材料具有的物理性質(zhì)，這是不能隨便改變的：例如，如果油被加熱會(huì)變得更薄一點(diǎn)，而智能材料加于變量可能會(huì)變成易流動(dòng)的液體狀態(tài)到固體。每個(gè)單獨(dú)的智能材料有不同的屬性，它可以顯著地改變，如粘度、體積或著導(dǎo)電性。這些可以可以改變的屬性， 確定是什么類型的應(yīng)用程序的智能材料可以應(yīng)用于下表[1]。
智能材料的品種已經(jīng)存在，并正在廣泛的研究。這些包括壓電材料和形狀記憶合金，一些日常用品（如咖啡壺，汽車，眼鏡）將智能材料和為他們的應(yīng)用程序數(shù)量已經(jīng)在穩(wěn)步增長(zhǎng)了。磁材料（流體）（MR）是一類智能材料的流變性能（例如粘度）通過施加磁場(chǎng)，可以迅速改變其特性。在磁場(chǎng)下的影響，懸浮的磁性粒子相互作用形成的結(jié)構(gòu)，即抵抗剪切變形或拉伸形變。
在材料中出現(xiàn)的這種變化作為一種快速增加表觀粘度或半固體狀態(tài)的發(fā)展。在磁流變材料中的應(yīng)用進(jìn)展是處于新的，使更復(fù)雜的磁流變材料的具有發(fā)展更好的性能和穩(wěn)定性。
許多智能系統(tǒng)和的粘度的變化或其他結(jié)構(gòu)將受益于材料性能的MR。 如今，這些應(yīng)用程序包括制動(dòng)器，減震器，離合器，避震系統(tǒng)。
2. 2 流體的磁特性
典型的磁流變流體的懸浮液微米級(jí)的，可磁化顆粒（主要是鐵顆粒）懸浮于適當(dāng)?shù)妮d體液體，如礦物油、合成油、水或乙二醇。載體液作為分散的介質(zhì)中，并確保流體中的顆粒的均勻性。各種各樣的添加劑（穩(wěn)定劑和表面活性劑）是用來防止重力沉降和促進(jìn)穩(wěn)定的顆粒懸浮液，提高潤(rùn)滑性和改變初始粘度的磁流變液。穩(wěn)定劑將有助于保持顆粒懸浮在流體中，從而被吸附的表面活性劑的表面上的磁性顆粒，以提高流體中感生的極化的磁場(chǎng)的應(yīng)用程序后的懸浮顆粒。
表1概括的MR流體的屬性 ：
表[1]：
特性 典型值
初始粘度 0,2 – 0,3 [Pa·s] (at 25oC)
密度 3 – 4 [g/cm3]
磁場(chǎng)強(qiáng)度 150 – 250 [kA/m]
屈服點(diǎn) 50 – 100 [kPa]
反應(yīng)時(shí)間 幾毫秒
典型的電源電壓和電流強(qiáng)度 2 – 25 V, 1–2 A
工作溫度 -50 do 150 [oC]
通常情況下，可磁化粒子的直徑范圍從3到5微米，可以用于功能性磁共振液體中。但是較大的顆粒，讓懸浮液中顆粒的穩(wěn)定的會(huì)變得越來越困難，因?yàn)樵黾宇w粒的大小使它要更大的浮力使其懸浮。相對(duì)便宜的羰基鐵的數(shù)量通常是限于尺寸大于1或2微米。更小的顆粒容易暫停并且更好的運(yùn)用，但制造這樣的顆粒是困難的。較小的顯著鐵磁顆粒，顆粒通常是僅可作為氧化物，如材料通常在磁記錄介質(zhì)中找到。從這些顆粒材料的磁流變液是相當(dāng)穩(wěn)定， 因?yàn)轭w粒通常直徑只有30納米。 然而，由于其較低的飽和度磁化強(qiáng)度，由這些顆粒制成的流體通有常約5千帕的壓強(qiáng)，并有一個(gè)比表面積大的大的塑料來限制其粘度。這些主要參數(shù)被列于上表1。
在外加磁場(chǎng)的情況下，MR流體是近似于牛頓流體。對(duì)于大多數(shù)工程應(yīng)用一個(gè)簡(jiǎn)單的賓漢塑性模型對(duì)其有效的描述必不可少的，實(shí)際情況取決于流體的特性。一賓漢型塑料是一種非牛頓流體，其屈服應(yīng)力必須超過前的流量可以開始。此后，將剪切速率與剪切應(yīng)力的關(guān)系曲線曲線是程線性的。在此模型中，
總屈服應(yīng)力由下式給出（1）：
其中：-屈服應(yīng)力引起的磁場(chǎng)，[Pa]
H -磁場(chǎng)強(qiáng)度，[A / M]
- 剪切速率，[S]
-塑性粘度，[[Pa]
許多現(xiàn)代的復(fù)雜模型，如磁流體[5，6]，通常情況下，磁流變液是自由流動(dòng)的液體，和潤(rùn)滑油（圖1）相類似。
圖1. 1
無(wú)外磁場(chǎng)MR流體模型（1 -載體液體，2 -懸浮磁化顆粒）
然而，在所施加的磁場(chǎng)的存在下，在鐵粒子獲得與外部對(duì)齊的偶極矩的時(shí)候，這會(huì)導(dǎo)致顆粒形成對(duì)準(zhǔn)到磁場(chǎng)的直鏈。
這種現(xiàn)象可以穩(wěn)定暫停的鐵顆粒和限制的流體運(yùn)動(dòng)。因此，在屈服強(qiáng)度與流體內(nèi)的開發(fā)的變化程度所施加的磁場(chǎng)的大小有關(guān)，并且這種改變可以發(fā)生在幾個(gè)毫秒之內(nèi)。
磁流變液的性能及應(yīng)用典型的磁流變材料可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為約50-100千帕，150–250 kA/m。測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壁面粗糙度對(duì)接觸與流體的屈服強(qiáng)度是很重要的，特別是在低磁場(chǎng)之中。在MR材料中，最終達(dá)成飽和點(diǎn)時(shí)增加的磁場(chǎng)強(qiáng)度的做不增加的MR材料的屈服強(qiáng)度。這現(xiàn)象通常在大約300千安/米的磁飽和時(shí)的MR材料的強(qiáng)度是可以的。
使用有限元分析研究：
圖2. 2流體模型外磁場(chǎng)
MR流體模型外的磁場(chǎng)作用是立即恢復(fù)，如果磁場(chǎng)強(qiáng)度是減少或取消，將會(huì)記錄6.5毫秒的反應(yīng)時(shí)間。MR材料是已經(jīng)可以是穩(wěn)定的從-50℃至150℃的溫度范圍內(nèi)有輕微的變化的體積分?jǐn)?shù)，因此在這些溫度下的強(qiáng)度輕微減少它的吸收率，但它們的變化是很小的。
另外的懸浮顆粒的粒度的影響分布是在一個(gè)變化中的MR流體的屬性磁場(chǎng)之中。
磁性材料表現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢(shì)，是典型的隨電流變化的材料。相對(duì)的那些材料，磁流變液是有用的，因?yàn)榱髯冃再|(zhì)的改變是大，ER流體，所以增加的屈服應(yīng)力的20-50倍。與ER的材料不同的是，他們也不太對(duì)濕度和污染物敏感，因此，磁流變材料的候選中的使用不潔或受污染的環(huán)境中。 它們也不作為ER材料的表面活性劑的表面化學(xué)。 功率（50 W），電壓（12-24V）的條件下MR與ER是相對(duì)比較小的材料被激活的材料。
3. 3 應(yīng)用磁流體
磁流變材料的在液體狀態(tài)，因?yàn)榭梢杂煽刂扑┘拥拇艌?chǎng)的強(qiáng)度，在應(yīng)用程序中變量的性能是必需的而且它是有用的。微處理器，傳感器技術(shù)和提高電子信息內(nèi)容和處理速度已經(jīng)創(chuàng)建了實(shí)時(shí)智能控制的可能性系統(tǒng)的MR設(shè)備。
MR技術(shù)的商業(yè)化開始1995年在使用的旋轉(zhuǎn)制動(dòng)器的有氧運(yùn)動(dòng)設(shè)備中，從這一刻開始應(yīng)用磁流變材料技術(shù)并在在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)。在過去的幾年中，一些商用提供的產(chǎn)品（或接近商業(yè)化）發(fā)展，例如：
﹒線性磁流變阻尼器的實(shí)時(shí)主動(dòng)振動(dòng)控制
﹒系統(tǒng)在重型卡車
﹒線性和旋轉(zhuǎn)制動(dòng)器的低成本的，準(zhǔn)確的位置，氣動(dòng)執(zhí)行器系統(tǒng)的速度控制
﹒旋轉(zhuǎn)制動(dòng)器，轉(zhuǎn)向提供觸覺力反饋線系統(tǒng)，在先進(jìn)的實(shí)時(shí)步態(tài)控制的線性阻尼器
﹒假肢裝置
﹒可調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)控制減震器
﹒汽車
﹒MR洗衣機(jī)海綿阻尼器，
﹒磁流體拋光工具，
﹒為減輕地震破壞非常大的磁流變液阻尼器
﹒在土木結(jié)構(gòu)，大型磁流變液阻尼器風(fēng)致振動(dòng)控制斜拉橋。
MR制動(dòng)器在直接剪切模式中，剪切 MR流體灌裝在兩個(gè)表面之間的間隙（軸瓦和轉(zhuǎn)子）與相對(duì)于彼此移動(dòng)。轉(zhuǎn)子被固定到軸，它被放置在軸承和可以旋轉(zhuǎn)有關(guān)軸瓦。 MR中制動(dòng)阻力轉(zhuǎn)矩取決于液體的粘度，可以通過磁場(chǎng)變化的MR流體。MR制動(dòng)可用于連續(xù)控制的扭矩。當(dāng)有沒有磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)矩引起的載體的粘度液體變化時(shí)，軸承處于密封。MR制動(dòng)特別適合在各種應(yīng)用場(chǎng)所，包括氣動(dòng)致動(dòng)器控制，精密張力控制和觸覺力反饋的應(yīng)用，轉(zhuǎn)向離合器。
MR離合器類似MR制動(dòng)的操作在直接剪切模式和傳輸輸入和輸出軸之間的扭矩。那里主要有兩種類型的MR離合器的結(jié)構(gòu)：圓柱和平面的。在圓柱模型MR流體兩圓柱面和正面的MR流體填補(bǔ)差距大概兩張光盤的距離。在工作期間由線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)讓流體的粘度增加，造成的轉(zhuǎn)矩形式轉(zhuǎn)移輸入到輸出軸。有用的扭矩是經(jīng)過從刺激2-3毫秒。
磁流變阻尼器的半有源器件包含磁流變液。磁場(chǎng)應(yīng)用后從液態(tài)到半固態(tài)的流體的變化是幾毫秒，這樣的結(jié)果是無(wú)級(jí)變速，可控大阻尼力的阻尼能力。磁流變阻尼器提供了一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中的能量吸收吸引力的解決方案和結(jié)構(gòu)，并可以被認(rèn)為是“故障-安全”的設(shè)備。
4. 4 結(jié)論
科學(xué)和技術(shù)在21世紀(jì)將依賴新材料的發(fā)展以及在預(yù)期回應(yīng)環(huán)境的變化和體現(xiàn)自己的功能根據(jù)最佳的條件。
智能材料的發(fā)展無(wú)疑將是在許多領(lǐng)域的科學(xué)和技術(shù)，比如基本任務(wù)信息科學(xué)，微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)科學(xué)，醫(yī)學(xué)治療，生命科學(xué)，能源，交通運(yùn)輸，安全工程和軍事技術(shù)。
因此在未來的材料的開發(fā)中，應(yīng)使導(dǎo)演朝著創(chuàng)建功能亢進(jìn)材料在某些方面甚至超過生物器官。目前的材料研究開發(fā)各種途徑，這將導(dǎo)致現(xiàn)代技術(shù)向智能系統(tǒng)。
這些液體能可逆地從一個(gè)瞬間改變自由流動(dòng)的液體，半固體狀的，可控的屈服強(qiáng)度下暴露于磁場(chǎng)之中。
在外加磁場(chǎng)的情況下，MR流體是合理近似牛頓流體。對(duì)于大多數(shù)工程應(yīng)用程序，一個(gè)簡(jiǎn)單的賓漢塑性模型是有效的描述必不可少的，現(xiàn)場(chǎng)取決于流體的特性。
MR技術(shù)已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入可行的商業(yè)應(yīng)用程序?yàn)椴煌念l譜的產(chǎn)品。應(yīng)用范圍包括汽車主要懸浮液，
卡車座椅系統(tǒng)，的設(shè)備， 氣動(dòng)控制，減震和人類假肢。
MR 相反，常規(guī)的電氣-機(jī)械-解決方案，MR技術(shù)提供了：
﹒實(shí)時(shí)，連續(xù)可變控制
﹒阻尼
﹒運(yùn)動(dòng)和位置控制
﹒鎖定
﹒觸覺反饋
﹒高耗散力的速度
﹒更大的能量密度
﹒簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)（很少或根本沒有移動(dòng)部件）
﹒快速響應(yīng)時(shí)間（10毫秒）
﹒在極端的溫度變化一致的療效（140℃至130℃范圍）
﹒使用最小的功率（通常為12V，最大1安培的電流;故障安全備用電池，后者可能無(wú)法安全到被動(dòng)阻尼模式）
﹒系統(tǒng)固有的穩(wěn)定性（產(chǎn)生沒有現(xiàn)役部隊(duì)）
﹒磁流變液的操作可以直接從低電壓電源用品。 MR技術(shù)可以提供靈活，可靠的控制在設(shè)計(jì)的能力。
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重 慶 工 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
題目 磁流變液動(dòng)壓軸承設(shè)計(jì)
（任務(wù)起止日期 2013年 2 月 25 日～ 2013 年 6 月 9日）
機(jī)械工程 學(xué)院
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 109040205班
學(xué)生姓名 鄧?yán)? 學(xué) 號(hào) 10904020505
指導(dǎo)教師 系 主 任
二級(jí)學(xué)院院長(zhǎng)
課題內(nèi)容：
研究磁流變液傳力機(jī)理，提出磁流變液動(dòng)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(dòng)壓性能與磁場(chǎng)的關(guān)系，進(jìn)而獲得軸承的具體控制方法，最后完成三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真。
課題任務(wù)要求：
1、掌握磁流變液傳力元件的設(shè)計(jì)方法，
2、對(duì)具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確設(shè)計(jì)分析
3、基于雷諾方程和磁流變特性，推導(dǎo)不同狀態(tài)下的動(dòng)壓性能與磁場(chǎng)的關(guān)系。
4、提出技術(shù)方案，得到該軸承的控制方法
5、完成具體設(shè)計(jì)理論結(jié)果，對(duì)各種狀態(tài)進(jìn)行仿真分析，形成技術(shù)文檔。
主要參考文獻(xiàn)
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5. A. Lawniczak, Electro- and Magnetorheological Fluids and
their Applications in Engineering, Poznanan 1999 (in Polish)
同組設(shè)計(jì)者
無(wú)
注：1、任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫；
2、任務(wù)書在第七學(xué)期期末下達(dá)給學(xué)生。
學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃表
序號(hào)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作任務(wù)
工 作 進(jìn) 度 日 程 安 排
周次
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
前期準(zhǔn)備
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提出設(shè)計(jì)方案
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完成具體設(shè)計(jì)
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形成技術(shù)文檔，完成設(shè)計(jì)任務(wù)
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答辯
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注：1、此表由指導(dǎo)教師填寫；
2、此表每個(gè)學(xué)生一份，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檢查工作進(jìn)度之依據(jù)；
3、進(jìn)度安排用“—”在相應(yīng)位置畫出。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）階段工作情況檢查表
時(shí)間
第 一 階 段
第 二 階 段
第 三 階 段
內(nèi)容
組織紀(jì)律
完 成 任 務(wù) 情 況
組織紀(jì)律
完 成 任 務(wù) 情 況
組織紀(jì)律
完 成 任 務(wù) 情 況
檢
查
情
況
教師簽字
簽字 日期
簽字 日期
簽字 日期
注：1、此表由指導(dǎo)教師認(rèn)真填寫（要求手寫）；
2、“組織紀(jì)律”一欄根據(jù)學(xué)生具體執(zhí)行情況如實(shí)填寫；
3、“完成任務(wù)情況”一欄按學(xué)生是否按進(jìn)度保質(zhì)保量完成任務(wù)的情況填寫；
4、對(duì)違紀(jì)和不能按時(shí)完成任務(wù)者，指導(dǎo)教師可根據(jù)情節(jié)輕重對(duì)該生提出警告或不能參加答辯的建議。
重慶理工大學(xué)（畢業(yè)設(shè)計(jì)）,課題：磁流變液動(dòng)壓軸承設(shè)計(jì)姓名：鄧?yán)趯I(yè)方向：機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：楊巖,1.設(shè)計(jì)思路及過程,,,,1.1.設(shè)計(jì)思路,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是磁流變液動(dòng)壓軸承的設(shè)計(jì)。其中動(dòng)壓軸承的結(jié)構(gòu)與原有動(dòng)壓軸承并無(wú)多大差異，最主要的變化就是將原有的潤(rùn)滑油改成磁流變液。由于磁流變液要在磁場(chǎng)環(huán)境下才能發(fā)揮其材料特性，因此還需考慮給滑動(dòng)軸承如何添加磁場(chǎng)。,1.2.1軸瓦的設(shè)計(jì),1.2設(shè)計(jì)過程（主要是軸瓦的設(shè)計(jì)）,線圈走向，由接入點(diǎn)向左邊沿著18個(gè)條形槽纏繞一周回到接入點(diǎn),1.3工作原理總裝配圖：,工作原理,當(dāng)動(dòng)壓軸承處于工作狀態(tài)時(shí)，接通電源，由進(jìn)油管道向軸瓦與軸的配合間隙（間隙配合）處添加磁流變液，磁流變液在重力的作用下，流入軸瓦底部，此時(shí)通過改變介入軸瓦線圈的電流強(qiáng)度就可以改變軸瓦內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而改變磁流變液的粘度，最終改變油膜的承載力，來達(dá)到本設(shè)計(jì)的目的。,軸瓦的線圈電流由軸承座下端蓋的通孔接入電線引人,,謝謝觀看,重 慶 理 工 大 學(xué)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告
題 目 磁流變液動(dòng)壓軸承設(shè)計(jì)
二級(jí)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化 班 級(jí) 109040205
姓 名 鄧?yán)? 學(xué) 號(hào) 10904020505
指導(dǎo)教師 系 主 任
時(shí) 間
1、本課題的研究目的及意義
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是磁流變也動(dòng)壓軸承的設(shè)計(jì),對(duì)此研究查閱的大量的資料,首先明白動(dòng)壓軸承的原理和特性，再了解磁流變液的性能和應(yīng)用場(chǎng)合，最終完成磁流變液動(dòng)壓軸承的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的動(dòng)壓軸承中潤(rùn)滑油的粘度是不可調(diào)節(jié)的，如果將潤(rùn)滑油用磁流變液代替，那么就可以通過改變磁場(chǎng)強(qiáng)度來改變磁流變液的粘度，讓動(dòng)壓軸承具備更加高的性能。具體內(nèi)容：
1、掌握動(dòng)壓軸承的特性
2、了解磁流變液性能以及應(yīng)用，以及在動(dòng)壓軸承之中的密封方式
3、提出設(shè)計(jì)磁流變液動(dòng)壓軸承的方案
4、掌握三維繪圖機(jī)仿真軟件
5、完成具體設(shè)計(jì)理論結(jié)果，形成技術(shù)文檔。
2、本人對(duì)課題任務(wù)書提出的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可行性分析
本課題的主要任務(wù)要求有：
設(shè)計(jì)動(dòng)壓軸承、添加磁流變液、采用什么樣的密封方式以及如何給磁流變液施加電磁場(chǎng)。主要內(nèi)容：
1.動(dòng)壓軸承的設(shè)計(jì)，采用何種動(dòng)壓軸承，如何選取這些軸承：如液體動(dòng)壓推力軸承、對(duì)開式徑向滑動(dòng)軸承；
2.動(dòng)壓軸承電磁鐵接入方式，再磁流變液保證良好密封環(huán)境下，如何才能有效的施加電磁場(chǎng)；
3.磁流變液密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，磁流變液之中含有微小顆粒，這是不利于密封的，因此在驗(yàn)證可行性時(shí)將會(huì)必不可少的驗(yàn)證動(dòng)壓軸承的密封而不至于軸瓦內(nèi)引起堵塞，而且給軸承內(nèi)施加電磁場(chǎng)的時(shí)候也要考慮密封性，以使磁流變液不會(huì)沿著線路管道流出。
在驗(yàn)證所有提出的方案之中總結(jié)錯(cuò)誤方案的優(yōu)缺點(diǎn)，以便于提出最終方案。
3、本課題的關(guān)鍵問題及解決問題的思路
本次任務(wù)的設(shè)計(jì)題目是磁流變液動(dòng)壓軸承的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵問題：
1） 、動(dòng)壓軸承
解決方案：在常用的滑動(dòng)軸承之中選擇可行性較高的動(dòng)壓軸承。
2） 、密封裝置
解決方案：可參考建筑材料之中攪拌機(jī)密封沙石混合物的密封方式。
3） 、外接磁場(chǎng)
解決方案：在保證磁流變液能良好的密封環(huán)境下，添加外接磁場(chǎng)不會(huì)引 起磁流變液密封環(huán)境的改變。
4）、磁流變液
最后在總結(jié)前面的方案是否可行的情況下，確定最終方案并做好總體的設(shè)計(jì)方案。
4、完成本課題所需的工作條件（如工具書、計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)、調(diào)研等）及解決辦法
所需要的工具書：機(jī)械制造工藝學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)、我國(guó)現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本滑動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承故障診斷實(shí)用技術(shù)、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)等
本課題所需的工具書可以在學(xué)校的圖書館借閱，也可以在網(wǎng)上購(gòu)買相關(guān)資料、或者下載相關(guān)的電子檔文件，也可在老師的指導(dǎo)下查閱資料。有關(guān)圖形的繪制可以用電腦下載相關(guān)軟件進(jìn)行繪制。
5、工作方案分析及進(jìn)度計(jì)劃
1周到3周 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集資料、調(diào)查研究，撰寫開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、外文譯文
4周 提出動(dòng)壓軸承選擇方案
5周 同上
6周 完成軸承方案的確定
7周 開始動(dòng)壓軸承的設(shè)計(jì)
8周 同上
9周 將軸承的潤(rùn)滑方式采用磁流變液，并考慮其密封方式以及如何添加電磁場(chǎng)
10周 同上
11周 同上
12周 同上
13周 繪制所需的所有二維和三維圖形并完成仿真
14周 同上
15周 撰寫說明書
16周 準(zhǔn)備答辯
報(bào)告人：
年 月 日
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師：
年 月 日
開題報(bào)告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立撰寫。
重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 文獻(xiàn)綜述
磁流變液動(dòng)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(dòng)壓軸承的是基于滑動(dòng)軸承，將潤(rùn)滑油中添加磁流變液，再添加磁場(chǎng)，根據(jù)雷諾方程改變磁場(chǎng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)壓性能與磁場(chǎng)的關(guān)系，進(jìn)而獲得軸承的具體控制方法。磁流變液動(dòng)壓軸承讓原來的動(dòng)壓軸承具有更多的功能可以在很多不同的場(chǎng)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(dòng)壓軸承簡(jiǎn)介
根據(jù)滑動(dòng)軸承兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面油膜形成原理的不同?？煞譃榱黧w動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承（也稱動(dòng)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(dòng)壓潤(rùn)滑軸承，它通過軸和軸承的相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(rùn)滑條件下，滑動(dòng)表面被潤(rùn)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(dòng)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(dòng)軸承材料。常用的滑動(dòng)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(rùn)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(chǎng)合和要求而定。以液體作潤(rùn)滑劑的徑向軸承按潤(rùn)滑膜的厚薄分為薄膜潤(rùn)滑軸承和厚膜潤(rùn)滑軸承。和滾動(dòng)軸承相比，滑動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)軸承如下圖：
2、 磁流變液簡(jiǎn)介
1、 磁流變液定義：磁流變液（Magnetorheological Fluid , 簡(jiǎn)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(chǎng)條件下呈現(xiàn)出低粘度的牛頓流體特性；而在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，則呈現(xiàn)出高粘度、低流動(dòng)性的Binghan體特性。由于磁流變液在磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度具有穩(wěn)定的對(duì)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(dòng)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(dòng)驅(qū)動(dòng)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(chǎng)粘度低，以便使其在磁場(chǎng)作用下，具有同等剪切屈服強(qiáng)度增長(zhǎng)時(shí)，具有更大的可調(diào)范圍。
（2） 強(qiáng)磁場(chǎng)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(jí)，以使磁流變液減振器作為主動(dòng)和半主動(dòng)控制器時(shí)，基本不存在時(shí)遲問題。
（6） 抗沉降性好，長(zhǎng)時(shí)間存放應(yīng)基本不分層。
（7） 能耗低，在較弱的磁場(chǎng)下可產(chǎn)生較大的剪切屈服強(qiáng)度。
（8） 無(wú)毒、不揮發(fā)、無(wú)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(shì)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(dòng)環(huán)境不同調(diào)節(jié)磁場(chǎng)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(dòng)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(guó)際電流變液、磁流變液及相關(guān)技術(shù)研討會(huì)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(zhǎng)為15cm,在磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)有效的流體量?jī)H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(dòng)。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(dòng)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(duì)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(duì)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(dòng)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(chǎng)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(chǎng)作用下發(fā)生固化的特征,可對(duì)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?shī)A具。由于典型磁流變液的屈服應(yīng)力為80～100Pa,這對(duì)柔性?shī)A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(chǎng)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(jiǎn)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(guó)家進(jìn)行銷售與分銷該產(chǎn)品。1997年，Solidworks被法國(guó)達(dá)索（Dassault Systemes）公司收購(gòu)，作為達(dá)索中端主流市場(chǎng)的主打品牌。
5、 總結(jié)
磁流變液動(dòng)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(rùn)滑的動(dòng)壓軸承，例如液體動(dòng)壓止推軸承、液體動(dòng)壓徑向軸承等，液體動(dòng)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(dòng)軸承、對(duì)開式徑向滑動(dòng)軸承)。動(dòng)壓止推軸承結(jié)構(gòu)如下圖所示：
對(duì)開式徑向滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)圖：
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