- 相關推薦
基于虛擬儀器的圓盤式電流變傳動機構的動態分析
摘要：電流變流體（ERF）是一種新型智能物質，在高壓電場作用下，能快速實現液一固的轉變，且響應速度快。研究了圓盤式電流變傳動機構的動態特性，并采用NI虛擬儀器對機構進行分析、檢測和控制，通過實驗得出數據，進而分析了輸入轉矩、輸出轉矩、轉速與所加高壓電場的關系。電流變流體（ERF）是一種新型的智能材料，它的粘性和屈服應力可用外加電場加以控制。隨著現代科學技術的發展，機電一體化（Mechatronics）
越來越受到重視，把機、電、液融合為一體，用微機進行控制的流體元件及系統不斷問世。將電流變流體技術應用于機械系統和液壓控制系統，可實現無移動件或少移動件的機構，極大地改善了系統的動態品質[1]。
電流變流體的應用領域很廣泛，在工程應用方面包括液壓工程、汽車制造工業、機器人系統、流體密封領域等。其在汽車制造工業中，可用于汽車發動機冷卻風扇的調速離合器、傳動離合器、阻尼可控的減振器或計算機控制是懸掛系統等。采用ER技術設計制造的汽車零部件，具有性能優良、無磨損、壽命長、制造工藝性好、成本低的特點，而且可直接用計算機控制，無需接口。采用ER技術的汽車在未來市場競爭中具有明顯的優勢。電流變傳動的自動控制系統由三部分組成，即機械傳動機構、計算機檢測與控制裝置和電流變流體。
1 機構工作原理
圖1所示為圓盤式電流變傳動機構工作原理圖。中間盤和芯軸連在一起，芯軸左端有步地電機，芯軸右端接負載，左右端各套一個圓盤，左右圓盤和中間盤間充滿ERF。本實驗中ERF選用哈爾濱工業大學復合材料研究所研制的HITL2型ERF，外加電場由電子開關控制。輸入信號由芯軸左端進電機提供。由于輸入信號很小，而芯軸右端接有負載，所以芯軸轉動不起來。這時由導步電機帶動左右圓盤以大小相等、方向相反的轉速ΩL、ΩR旋轉，將需要加高壓電源的一側的電子開關合上（如要增加力矩，則合上左側的電子開關），此時圓盤和中間盤間的ERF會產生中流變效應，通過圓盤將產生的附加力矩傳遞給中間盤輸出。
圖2 實驗原理圖
可以看出，中間盤的軸的左端輸入微小的機械控制信號，右端可以輸出大的力矩，電場使左盤或右盤與中間盤之間的ERF粘度變稠，產生大的剪切應力，從而使中間盤克服負載力矩，按輸入信號轉動。這就是雙圓盤式電流變傳動機構的工作原理。
2 系統理論模型
ERF在無外加電場作用時表現為牛頓流體。在有外加電場作用下表現為接近Bingham流體，在低應變率下，具有粘彈性能[2]。在高電場下，是具有高屈服應力的粘塑性體。
其本構方程為：
τ=τy ηplγ （1）
其中，τ為流體流動產生的剪切應力，τy是在電場作用下，電流變流體逐漸固化或稠化所產生的屈服應力，γ是剪切速率。
屈服應力與外加電場的關系為：
τy=AE2=A(U/h)2 (2)
電流變效應產生的剪切應力使從動盤獲得力矩Me。這個電流變力矩Me與τy、ηpl、左盤和右盤的轉速差ΔΩ、圓盤間的間距h、圓盤有效面積的內外圓半徑r1和r2的關系如下式所示[3]：
由式（2）知，剪切力矩和外加電壓間呈非線性關系。
這里假設它們的關系為冪次關系，如下式所示：
其中，α0、α1、α2由實驗獲得，U=1kV。
這是為了使系數量綱一致，且都為力矩量綱。
3 傳動機構測控系統的構建
實驗裝置如圖2所示，控制、
【基于虛擬儀器的圓盤式電流變傳動機構的動態分析】相關文章：
基于網絡的遠程虛擬儀器系統的實現03-07
基于Blog的動態信息資源組織03-18
基于動態資源分配的WDM-PON結構研究基于動態資源分配的WDM-PON結03-07
基于虛擬儀器技術的手機翻蓋耐久性測試系統03-20
論基于虛擬儀器的機械工程測試系統開發03-22
礦區投資動態規劃分析03-07
基于ＩＦＥ矩陣的ＣＰＭ分析03-21
基于VHDL的DDS的設計與分析03-07