一種磁流變液特性測試儀的制作方法
【專利摘要】一種磁流變液特性測試儀器，屬于液體流變特性測試裝置。該測試儀包括：底座、導(dǎo)軌、扭矩傳感器、測試裝置、連接圓筒、支撐板、步進電機、提升裝置和控制裝置；在底座的兩端連接有導(dǎo)軌，在底座上連接有扭矩傳感器，在扭矩傳感器上端連接有測試裝置，在測試裝置頂部順序連接有連接圓筒、支撐板和步進電機，在步進電機的上端有提升裝置；控制裝置與扭矩傳感器、測試裝置和步進電機連接。優(yōu)點：功能豐富，結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，采用雙磁路結(jié)構(gòu)及環(huán)形傳動圓盤，磁場分布均勻；采用新型提升裝置，磁流變液與工作圓盤容易更換，磁路均勻可調(diào)；采用多級加溫裝置，溫度易于控制且加熱速度可調(diào)，轉(zhuǎn)速可調(diào)。
【專利說明】一種磁流變液特性測試儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液體流變特性測試裝置，特別是一種磁流變液特性測試儀。
[0002]背景領(lǐng)域
[0003]磁流變液是一種典型的智能材料，主要由軟磁性顆粒、基載液和表面添加劑組成，具有磁場可控特性。基本特征是:在外加磁場作用下，磁流變液中的顆粒沿磁場方向形成纖維束狀的鏈，阻礙了基載液的自由流動，使磁流變液從牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢羟辛Φ恼乘苄粤黧w，發(fā)生強烈的“固化”現(xiàn)象；而當外加磁場消失時，磁流變液恢復(fù)到自由流動狀態(tài)(液態(tài))。磁流變液在一定外加磁場作用時，其粘塑性等特性將產(chǎn)生變化，稱之為磁流變效應(yīng)。磁流變液也應(yīng)用于阻尼器、拋光、傳動等方面。不同的應(yīng)用對磁流變液的要求不同，因此為達到不同的應(yīng)用要求，設(shè)計不同的磁流變液特性測試裝置具有重要的意義。
[0004]磁流變液對屈服應(yīng)力以及溫度特性的要求較高，目前還未出現(xiàn)良好的對磁流變液的溫度以及屈服應(yīng)力受溫度影響特性的相關(guān)測試裝置，研制專門應(yīng)用于磁流變液的特性測試系統(tǒng)非常必要。專利CN2525508Y公開了一種磁流變液剪切屈服強度測試儀，該測試儀的磁路的均勻性差，且未考慮溫度對磁流變液屈服應(yīng)力的影響，功能少，操作不方便，存在磁流變液更換困難等問題?，F(xiàn)有專利技術(shù)多存在上述缺陷，即磁場分布均勻性差，測試精度低，缺少溫度控制裝置且操作較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種磁流變液的特性測試儀，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，即磁場分布均勻性差，測試精度低，缺少溫度控制裝置且操作較為復(fù)雜的問題。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，該測試儀包括:底座、導(dǎo)軌、扭矩傳感器、測試裝置、連接圓筒、支撐板、步進電機、提升裝置和控制裝置；在底座的兩端連接有導(dǎo)軌，在底座上連接有扭矩傳感器，在扭矩傳感器上端連接有測試裝置，在測試裝置頂部順序連接有連接圓筒、支撐板和步進電機，在步進電機的上端有提升裝置；控制裝置與扭矩傳感器、測試裝置和步進電機連接；
[0007]所述的控制裝置包括:信號采集處理器、控制器和控制顯示面板，信號采集處理器和控制系統(tǒng)均與控制顯示面板連接；所述的信號采集處理器包括:溫度傳感器、霍爾探頭、扭矩傳感器、信號采集系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲器，溫度傳感器、霍爾探頭和扭矩傳感器均與信號采集系統(tǒng)的輸入端連接，信號采集系統(tǒng)與信號處理系統(tǒng)連接，信號處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲器連接，同時與控制顯示面板連接；所述的控制系統(tǒng)包括:固態(tài)繼電器、勵磁線圈、步進電機驅(qū)動器和控制器，固態(tài)繼電器、勵磁線圈和步進電機驅(qū)動器與控制器的輸入端連接，控制器的輸出端與控制顯示面板連接；所述的控制顯示面板上有狀態(tài)實時顯示，有溫度、速度和磁場控制按鈕，有扭矩和屈服應(yīng)力控制按鈕。
[0008]所述的測試裝置包括:軸承端蓋、下傳動軸、加熱液槽、內(nèi)磁軛、下圓盤、隔磁環(huán)、勵磁線圈、上傳動軸、軸承支座、上磁軛、上圓盤、磁流變液儲液槽、外磁軛、單體加熱棒、力口熱液和外支撐架；下傳動軸的一端通過軸承端蓋與外支撐架連接，下傳動軸的中間部位通過軸承連接在外支撐架內(nèi)，下傳動軸的另一端與內(nèi)磁軛連接，在內(nèi)磁軛上連接有單體加熱棒，在外支撐架的端部連接有外磁軛，外磁軛下部位于外支撐架內(nèi)，內(nèi)磁軛位于外磁軛的中心位置，在內(nèi)磁軛外有加熱液槽，加熱液槽內(nèi)有加熱液；在加熱液槽上部連接有下圓盤和上圓盤,在下圓盤和上圓盤之間連接有隔磁環(huán),在下圓盤和上圓盤外側(cè)連接有磁流變液儲液槽，在外磁軛的上端連接有上磁軛，上磁軛的中心有孔，在孔中通過軸承支座和軸承連接有上傳動軸，在外磁軛和上磁軛構(gòu)成的空間內(nèi)連接有勵磁線圈，步進電機通過連接圓筒支撐在測試裝置的上磁軛上；上圓盤和下圓盤均為環(huán)形結(jié)構(gòu)，中間利用不導(dǎo)磁的隔磁環(huán)和軸承支座隔磁。
[0009]所述的提升裝置包括:法蘭盤、固定板、梯形螺紋桿、提升板和連接軸；連接軸的下端與支撐板連接，連接軸的上端與提升板連接，在提升板的中間位連接有梯形螺紋桿，梯形螺紋桿的上端通過軸承連接有固定板、在梯形螺紋桿的端部連接有法蘭盤；扭矩傳感器固定在底座上并通過銷軸與測試裝置的下傳動軸相連，連接軸把支撐板與提升板連接在一起。
[0010]有益效果，由于采用了上述方案，該測試儀采用雙磁路結(jié)構(gòu)，磁路分布均勻，測量精度高；采用新型提升結(jié)構(gòu)，更換液方便；采用多級可控加熱方式，測試功能全面，其功能主要包括測試磁流變液在不同溫度下的屈服應(yīng)力、磁流變液在不同間隙下磁場的傳動能力、磁流變液在不同溫度下的粘度以及不同磁場強度下的屈服應(yīng)力。采用多個平臺和四個支柱構(gòu)成支撐裝置，四個支柱都連接在底座上，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。步進電機為測試儀的驅(qū)動裝置，步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機方便地控制測試裝置的轉(zhuǎn)速。采用勵磁線圈為測試儀產(chǎn)生磁場，用程控電源來控制通過勵磁線圈的電流，以控制磁場的強度，為使工作區(qū)域的磁路均勻，測試部分中采用了單線圈雙磁路的結(jié)構(gòu)，并且工作部分采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，以此來保證兩圓盤間的磁場均勻；上圓盤和下圓盤均為環(huán)形結(jié)構(gòu)，中間利用不導(dǎo)磁的隔磁環(huán)和軸承支座隔磁。磁流變液溫度的控制，加熱裝置采用液體加熱的方式，并且采用自動化控制溫度，采用多個單體加熱裝置，可以控制加熱的速度。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中利用扭矩傳感器測量傳動的扭矩，同時利用溫度傳感器采集工作磁流變液的溫度，利用特斯拉計對工作區(qū)域的磁場強度進行記錄，三個變量同時連續(xù)采集，用于分析磁流變液的性能及變量間的關(guān)系。提升裝置采用梯形螺紋結(jié)構(gòu)，上圓盤能夠容易的被提升起來，保證圓盤和磁流變液更換容易。并且能夠簡單的改變工作間隙。加熱方式采用分級式液體加熱方式且加熱速度可調(diào)。通過單體加熱棒加熱液槽內(nèi)的加熱液，并通過下圓盤把熱量傳遞給磁流變液，進而改變磁流變液的溫度，單體加熱棒有多個，加熱速度可調(diào)。本發(fā)明可以方便的測量磁流變液的溫度特性、各種溫度下的粘度、剪切屈服應(yīng)力以及不同工作間隙，不同表面形貌下的磁流變液的工作情況。
[0011]優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，可以方便地測量傳動磁流變液的溫度特性、各種溫度下的粘度、剪切屈服應(yīng)力以及不同工作間隙的磁流變液的工作情況。采用雙磁路結(jié)構(gòu)及環(huán)形傳動圓盤，磁場分布均勻；采用新型提升裝置，磁流變液與工作圓盤容易更換，磁路均勻可調(diào)；采用多級加溫裝置，溫度易于控制且加熱速度可調(diào)；功能豐富，磁流變液與工作圓盤容易更換，采用雙磁路保證磁路均勻可調(diào)，轉(zhuǎn)速可調(diào)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明雙磁路式傳動磁流變液特性測試儀圖。
[0013]圖2是本發(fā)明傳動磁流變液特性測試儀測試部分結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3是本發(fā)明的提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖4是本發(fā)明的測試部分磁路示意圖。
[0016]圖5是本發(fā)明的信號處理及控制系統(tǒng)。
[0017]圖1中:1、底座；2、導(dǎo)軌；3、扭矩傳感器；4、測試裝置；5、連接圓筒；6、支撐板；7、步進電機；8、提升裝置；9、軸承端蓋；10、下傳動軸；11、加熱液槽；12、內(nèi)磁軛；13、下圓盤；14、隔磁環(huán)；15、勵磁線圈；16、上傳動軸；17、軸承支座；18、上磁軛；19、上圓盤；20、磁流變液儲液槽；21、外磁軛；22、單體加熱棒；23、加熱液；24、外支撐架；25、法蘭盤；26、固定板；27、梯形螺紋桿；28、提升板；29、連接軸；30、控制裝置。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0019]實施例1:該測試儀包括:底座1、導(dǎo)軌2、扭矩傳感器3、測試裝置4、連接圓筒5、支撐板6、步進電機7、提升裝置8和控制裝置30 ;在底座I的兩端連接有導(dǎo)軌2，在底座I上連接有扭矩傳感器3，在扭矩傳感器3上端連接有測試裝置4，在測試裝置4頂部順序連接有連接圓筒5、支撐板6和步進電機7，在步進電機7的上端有提升裝置8 ;控制裝置與扭矩傳感器3、測試裝置4和步進電機7連接；
[0020]所述的控制裝置包括:信號采集處理器、控制器和控制顯示面板，信號采集處理器和控制系統(tǒng)均與控制顯示面板連接；所述的信號采集處理器包括:溫度傳感器、霍爾探頭、扭矩傳感器、信號采集系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲器，溫度傳感器、霍爾探頭和扭矩傳感器均與信號采集系統(tǒng)的輸入端連接，信號采集系統(tǒng)與信號處理系統(tǒng)連接，信號處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲器連接，同時與控制顯示面板連接；所述的控制系統(tǒng)包括:固態(tài)繼電器、勵磁線圈、步進電機驅(qū)動器和控制器，固態(tài)繼電器、勵磁線圈和步進電機驅(qū)動器與控制器的輸入端連接，控制器的輸出端與控制顯示面板連接；所述的控制顯示面板上有狀態(tài)實時顯示，有溫度、速度和磁場控制按鈕，有扭矩和屈服應(yīng)力控制按鈕。
[0021]所述的測試裝置包括:軸承端蓋9、下傳動軸10、加熱液槽11、內(nèi)磁軛12、下圓盤13、隔磁環(huán)14、勵磁線圈15、上傳動軸16、軸承支座17、上磁軛18、上圓盤19、磁流變液儲液槽20、外磁軛21、單體加熱棒22、加熱液23和外支撐架24 ;下傳動軸10的一端通過軸承端蓋9與外支撐架24連接，下傳動軸10的中間部位通過軸承連接在外支撐架24內(nèi)，下傳動軸10的另一端與內(nèi)磁軛12連接，在內(nèi)磁軛12上連接有單體加熱棒22，在外支撐架24的端部連接有外磁軛21，外磁軛21下部位于外支撐架24內(nèi)，內(nèi)磁軛12位于外磁軛21的中心位置，在內(nèi)磁軛12外有加熱液槽11，加熱液槽11內(nèi)有加熱液23 ;在加熱液槽11上部連接有下圓盤13和上圓盤19，在下圓盤13和上圓盤19之間連接有隔磁環(huán)14，在下圓盤13和上圓盤19外側(cè)連接有磁流變液儲液槽20，在外磁軛21的上端連接有上磁軛18，上磁軛18的中心有孔，在孔中通過軸承支座17和軸承連接有上傳動軸16，在外磁軛21和上磁軛18構(gòu)成的空間內(nèi)連接有勵磁線圈15，步進電機7通過連接圓筒5支撐在測試裝置4的上磁軛18上。[0022]所述的提升裝置包括:法蘭盤25、固定板26、梯形螺紋桿27、提升板28和連接軸29 ;連接軸29的下端與支撐板6連接，連接軸29的上端與提升板28連接，在提升板28的中間位連接有梯形螺紋桿27，梯形螺紋桿27的上端通過軸承連接有固定板26、在梯形螺紋桿27的端部連接有法蘭盤25 ;扭矩傳感器3固定在底座I上并通過銷軸與測試裝置4的下傳動軸10相連，連接軸29把支撐板6與提升板28連接在一起。
[0023]圖1，為雙磁路式傳動磁流變液特性測試儀組成結(jié)構(gòu)圖，機械部分包括底座1、導(dǎo)軌2、扭矩傳感器3、測試裝置4、連接圓筒5、支撐板6、步進電機7、提升裝置8。其中扭矩傳感器3固定在底座I上并通過銷軸與測試裝置4的下傳動軸10相連，測試裝置4、上傳動軸16與步進電機7間通過聯(lián)軸器傳遞動力，步進電機7通過連接圓筒5支撐在測試裝置4的上磁軛18上；提升裝置8中的連接軸29把支撐板6與提升板28連接在一起。
[0024]為保證磁路的均勻，采用的雙磁路結(jié)構(gòu)如圖四所示，兩磁路分別為①一②上一③一⑥一⑦一⑧一⑨一①和①一②上一②下一④一⑤一⑥一⑦一⑧一⑨一①，設(shè)計中保證兩個磁路的磁阻相同，進而使通過兩個磁路的磁場強度相同。另外工作區(qū)域的上圓盤19和下圓盤13均為環(huán)形結(jié)構(gòu)，中間利用不導(dǎo)磁的隔磁環(huán)14和軸承支座17隔磁，保證磁路按照設(shè)計的方案通過。
[0025]圖2，雙磁路式傳動磁流變液特性測試儀的測試部分，上傳動軸16與步進電機7相連，動力傳遞到上圓盤19，上圓盤19與下圓盤13之間裝有需要測試的磁流變液，在勵磁線圈15通電的情況下，磁流變液由液體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)，把上圓盤19的動力傳遞給下圓盤13，并通過內(nèi)磁軛12傳遞給下傳動軸10，利用與下傳動軸10相連的扭矩傳感器測量傳遞的扭矩，并通過扭矩顯示儀顯示數(shù)值或保存結(jié)果。
[0026]磁流變液溫度性能的測試通過單體加熱棒22使加熱液槽11內(nèi)的加熱液23變熱，并通過下圓盤13把熱量傳遞給磁流變液，進而改變磁流變液的溫度。單體加熱棒22共有3個，可以根據(jù)加熱速度的需要同時使用或者單個使用，保證加熱溫度的穩(wěn)定迅速，同時利用溫度控制儀對溫度進行控制，使磁流變液的溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近，保證測試的準確。
[0027]圓盤以及磁流變液的更換利用提升裝置，參照圖3，支撐板6和提升板28通過連接軸29固定在一起，固定板26固定在導(dǎo)軌2上，梯形螺紋桿27與提升板28相連。旋下上磁軛18與下磁軛21的連接螺栓，旋轉(zhuǎn)法蘭盤25，將使梯形螺紋桿27上升進而帶動提升板28以及支撐板6，并且步進電機7將隨著上升。另外因上磁軛18通過連接圓筒5與提升板6連接在一起，所以會帶動上傳動軸16、軸承支座17、上磁軛18、上圓盤19共同提升，因此上下圓盤會分離，進而可以更換圓盤以及磁流變液。同時提升還可以改變上下圓盤的間隙，用于測量不同間隙下磁流變液的傳動特性。
[0028]參照圖5，信號采集系統(tǒng)通過溫度傳感器、霍爾探頭以及扭矩傳感器3采集到溫度、磁場強度和扭矩信號通過信號處理系統(tǒng)進行信號轉(zhuǎn)化分析，進入存儲器存儲數(shù)據(jù)同時在操控和顯示面板進行實時顯示。操控和顯示面板上可以根據(jù)需要對轉(zhuǎn)速、溫度和磁場強度進行設(shè)置，并通過控制系統(tǒng)對步進電機驅(qū)動器、固態(tài)繼電器以及勵磁線圈進行控制。
[0029]測試裝置4、支撐裝置1、提升裝置8、測量扭矩的扭矩傳感器3、放置在測試裝置4內(nèi)部的溫度傳感器和磁場強度傳感器、轉(zhuǎn)速可調(diào)的步進電機7以及信號處理及控制系統(tǒng)30，它利用步進電機7提供動力，通過上傳動軸16傳遞到上圓盤19，下圓盤13通過下傳動軸10與扭矩傳感器3相連，上下圓盤間為工作區(qū)域裝有磁流變液，并且溫度控制方便、均勻，磁場分布均勻。支撐板6和提升板28通過連接軸29固定在一起，固定板26固定在導(dǎo)軌2上，梯形螺紋桿27與提升板28相連。旋下上磁軛18與下磁軛21的連接螺栓，手動旋轉(zhuǎn)法蘭盤25，將使梯形螺紋桿27上升進而帶動提升板28，支撐板6及步進電機7上升。上磁軛18通過連接圓筒5與提升板6連接在一起，傳動軸16、軸承支座17、上磁軛18、上圓盤19共同提升，方便更換圓盤以及磁流變液。
【權(quán)利要求】
1.一種磁流變液特性測試儀，其特征是:該測試儀包括:底座、導(dǎo)軌、扭矩傳感器、測試裝置、連接圓筒、支撐板、步進電機、提升裝置和控制裝置；在底座的兩端連接有導(dǎo)軌，在底座上連接有扭矩傳感器，在扭矩傳感器上端連接有測試裝置，在測試裝置頂部順序連接有連接圓筒、支撐板和步進電機，在步進電機的上端有提升裝置；控制裝置與扭矩傳感器、測試裝置和步進電機連接； 所述的控制裝置包括:信號采集處理器、控制器和控制顯示面板，信號采集處理器和控制系統(tǒng)均與控制顯示面板連接；所述的信號采集處理器包括:溫度傳感器、霍爾探頭、扭矩傳感器、信號采集系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲器，溫度傳感器、霍爾探頭和扭矩傳感器均與信號采集系統(tǒng)的輸入端連接，信號采集系統(tǒng)與信號處理系統(tǒng)連接，信號處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲器連接，同時與控制顯示面板連接；所述的控制系統(tǒng)包括:固態(tài)繼電器、勵磁線圈、步進電機驅(qū)動器和控制器，固態(tài)繼電器、勵磁線圈和步進電機驅(qū)動器與控制器的輸入端連接，控制器的輸出端與控制顯示面板連接；所述的控制顯示面板上有狀態(tài)實時顯示，有溫度、速度和磁場控制按鈕，有扭矩和屈服應(yīng)力控制按鈕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變液特性測試儀，其特征在于:所述的測試裝置包括:軸承端蓋、下傳動軸、加熱液槽、內(nèi)磁軛、下圓盤、隔磁環(huán)、勵磁線圈、上傳動軸、軸承支座、上磁軛、上圓盤、磁流變液儲液槽、外磁軛、單體加熱棒、加熱液和外支撐架；下傳動軸的一端通過軸承端蓋與外支撐架連接,下傳動軸的中間部位通過軸承連接在外支撐架內(nèi)，下傳動軸的另一端與內(nèi)磁軛連接，在內(nèi)磁軛上連接有單體加熱棒，在外支撐架的端部連接有外磁軛，外磁軛下部位于外支撐架內(nèi)，內(nèi)磁軛位于外磁軛的中心位置，在內(nèi)磁軛外有加熱液槽，加熱液槽內(nèi)有加熱液；在加熱液槽上部連接有下圓盤和上圓盤，在下圓盤和上圓盤之間連接有隔磁環(huán)，在下圓盤和上圓盤外側(cè)連接有磁流變液儲液槽，在外磁軛的上端連接有上磁軛，上磁軛的中心有孔，在孔中通過軸承支座和軸承連接有上傳動軸，在外磁軛和上磁軛構(gòu)成的空間內(nèi)連接有勵磁線圈，步進電機通過連接圓筒支撐在測試裝置的上磁軛上；上圓盤和下圓盤均為環(huán)形結(jié)構(gòu)，中間利用不導(dǎo)磁的隔磁環(huán)和軸承支座隔磁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變液特性測試儀，其特征在于:所述的提升裝置包括--法蘭盤、固定板、梯形螺紋桿、提升板和連接軸；連接軸的下端與支撐板連接，連接軸的上端與提升板連接，在提升板的中間位連接有梯形螺紋桿，梯形螺紋桿的上端通過軸承連接有固定板、在梯形螺紋桿的端部連接有法蘭盤；扭矩傳感器3固定在底座上并通過銷軸與測試裝置的下傳動軸相連，連接軸把支撐板與提升板連接在一起。
【文檔編號】G01N33/00GK103901168SQ201410139236
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】陳飛, 王建, 田祖織, 孟慶睿, 潘苗, 畢然 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)