磁流变液风扇离合器的设计与分析

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1、DesignandCalculation工程机械第41卷2010年1月设计·计磁流变液风扇离合器的设计与分析算112徐晓美，张明刚，曾才民（1.南京林业大学汽车与交通工程学院；2.南京交通技师学院）"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!摘要：阐述了磁流变液离合器的工作原理。设计了一种发动机散热风扇用磁流变液离合器。利用!!!ANSYS磁场有限元分析模块分析了磁流变液离合器的磁力线与磁通密度的分布，同时对离合器外壳材料!!的选用和外壳形式对磁通密度大小及分布的影响进行了分析!!"，分析结果可为同类产品的设计提供参考。!!!!!!!!!!!

2、!!!!!!"关键词：磁流变液；风扇离合器；设计；磁场有限元分析传统机械式风扇的能耗约占发动机有效功率的10％，且机械式风扇的存在增大了发动机的启动阻力矩，使发动机对工况和环境的适应性差。随着对工程机械节能、环保、工况和环境适应性要求的不断提[1]高，发展转速可调的风扇系统已成为研究热点。磁流变液风扇离合器是利用磁流变液剪切作用工作的动力传递装置。由于磁流变液可在固相和液相之间转换且变化快、过程可逆、变化范围宽，所以，磁流变液离合器具有响应快、功耗与噪声小、易于控制等特点，是未来汽车、工程机械等车辆风扇技术的发展方向。目前磁流变液离合器的结构形式主要有圆盘（片）式（包括单盘式和多

3、盘式）、圆筒（柱）式和圆锥图1盘式磁流变液离合器工作原理[2-5]式3种。由于圆盘式磁流变液离合器与传统的机带动从动轴运动，即离合器处于分离状态。当线圈通械摩擦式离合器的外形相似，可替换性好，因此受到电后，磁流变液在磁场作用下成为类固态形式，在磁较多的关注。场方向形成磁链，磁链使得磁流变液的剪切应力增本研究基于某型风扇离合器的设计要求（最高大。因此，当主动轴带动主动圆盘旋转时，靠磁链的输入转速3000r/min时，输出转速2900±30r/min，磁拉力将转矩从主动圆盘传递到从动圆盘，从而带传递功率3kW，传递转矩10N·m），设计了一种双盘动从动轴转动，此时离合器处于接合状态。

4、主动圆盘式磁流变液风扇离合器，以期为此类产品的研究开向从动圆盘所传递的转矩由磁链的剪切强度决定，发提供设计参照。而磁链的剪切强度又随磁场强度的增加而增大，直到磁饱和为止。当线圈中电流足够大时，主动轴和从1磁流变液离合器的工作原理动轴同步旋转，完成传动比为1的传动，此时不存在双盘式磁流变液离合器由两块圆盘和外壳组黏性转矩，所传递转矩全部由磁流变液的剪切应力成，两圆盘分别与主动轴和从动轴相连，中间充满磁产生；当线圈中电流减小并在一定范围内变化时，流变液，线圈沿圆盘的周向环绕，如图1所示。主、从动轴不同步，呈滑差运行；当线圈中电流进一当线圈未通电时，磁流变液呈牛顿流体，此时由步减小，主

5、动轴又不能带动从动轴转动，此时离合器流体的黏性传递的转矩很小，主动轴的转动不足以又处于分离状态。磁流变液离合器的工作状态可以作者简介：徐晓美（1978—），女，讲师，博士，主要研究方向：车辆振动控制。—30—第41卷2010年1月工程机械DesignandCalculation通过改变线圈电流的方式来加以控制。之间采用间隙密封，并加唇形密封圈。唇形密封圈与设轴间涂抹润滑脂以确保充分润滑，避免相对高速旋计·2磁流变液离合器的设计转而烧伤。2.1设计的基本要求在磁路设计部分，经综合考虑，传动盘片选择20计算磁流变液传递的转矩是由不可控制的磁流变液钢。离合器的外壳采用HT200材料。零

6、磁场黏度引起的黏性转矩和可控制的外加磁场引离合器电磁线圈采用有骨架周向环绕方式，起的转矩两部分组成。所以，磁流变液离合器设计的骨架壁厚1mm。漆包线线径0.75mm，采用并列式基本问题就归结为正确建立转矩、磁场和结构参数绕法。之间的关系。所设计的磁流变液风扇离合器如图2所示。此外，在磁流变液离合器设计时还要注意以下[6]问题：1）为保证离合器的外加磁场对磁流变效应有最大的影响，必须使磁力线尽可能垂直于主动盘与从动盘间隙中磁流变液的剪切流动方向；2）磁流变液和铁芯材料的磁通密度影响着磁流变液工作区域磁通密度的分布，因此合理选择磁流变液及铁芯材料很重要；3）铁芯材料存在剩磁，这会引起

7、离合器在零电流状态下转矩增加，从而缩小了离合器转矩的调节范围。因此，在选择铁芯材料时，不但要考虑高导磁率和高磁饱和性，还要考虑铁芯材料的剩磁；4）在磁流变液离合器的结构设计中，密封问题也需要重点考虑。2.2结构与磁路设计磁流变液风扇离合器选用LORD公司的1.外壳2.端盖3.传动轴4.轴承5.线圈6.传动盘MRF-132DG磁流变液，其性能参数为零磁场黏度7.磁流变液8.唇形密封圈9.O形密封圈η=0.092Pa·s，剪切屈服强度τB=47.5kPa。参照风扇图2磁流变液风扇离合