CN104266821B - 一种囊式磁流变液挤压流动动力学特性测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种囊式磁流变液挤压流动动力学特性测试装置，包括柔性囊，所述的柔性囊上边沿通过同轴安装的上端盖和上导向座夹紧密封，柔性囊下边沿通过同轴安装的下端盖和下导向座夹紧密封，柔性囊的外侧、外缸筒内部设有励磁线圈；所述柔性囊、上端盖及下端盖之间形成工作腔，工作腔中注入磁流变液或者其他待测液体；所述柔性囊、上导向座及下导向座之间形成导向空腔，引导柔性囊的挤压变形。本发明可用于测试磁流变液挤压或拉伸流动动力学特性，特别是高频激励下的磁流变液挤压或拉伸流动动力学特性；亦可用于其他流体等体积或等面积挤压流动动力学特性的测试。
Description
技术领域
本发明属于非牛顿流体挤压流动动力学特性研究领域，具体涉及一种囊式磁流变液挤压流动动力学特性测试装置。
背景技术
挤压流动在现代工业里的电机、轴承以及润滑等领域都有着广泛应用。磁流变液作为一种流变特性可以调节的智能材料，也广泛应用于各个领域。磁流变液挤压模式下产生的压力比其他模式下产生的压力都要高，可用于隔离和衰减小幅大载荷的振动。目前对磁流变液挤压流变特性的研究，大部分局限于静态、准静态或低频激励下的动态特性的研究，对高频激励下的动态特性及其机理的研究还不够完善，其高频激励下特性和机理亟待解决。
发明内容
本发明提供一种磁流变液等体积或等面积挤压流动动力学特性的测试装置，可用于测试磁流变液挤压或拉伸流动动力学特性，特别是高频激励下的磁流变液挤压或拉伸流动动力学特性；亦可用于其他流体等体积或等面积挤压流动动力学特性的测试。
本发明采取的技术方案是：
一种囊式磁流变液挤压流动动力学特性测试装置，包括柔性囊5，所述的柔性囊5上边沿通过同轴安装的上端盖2和上导向座4夹紧密封，柔性囊5下边沿通过同轴安装的下端盖9和下导向座7夹紧密封，柔性囊5的外侧、外缸筒8内部设有励磁线圈6；所述柔性囊5、上端盖2及下端盖9之间形成工作腔A，工作腔A中注入磁流变液或者其他待测液体；所述柔性囊5、上导向座4及下导向座7之间形成导向空腔B，引导柔性囊5的挤压变形。
还包括上法兰盘1和下法兰盘10，上法兰盘1与外缸筒8固定连接，并压紧上端盖2，下法兰盘10与下端盖9固定连接。
所述的上端盖2与上导向座4之间设有调整垫片3，通过调节调整垫片3的厚度对工作腔A的初始间隙进行调节。
所述的上端盖2上开有引导孔2a，在引导孔2a下端开有两个螺纹孔2b和2c，分别为注入孔和排气孔，并使用内六角螺栓和橡胶垫片密封；所述上端盖2上还设有连接螺纹，与上导向座4连接；下端盖9上设有连接螺纹，与下导向座7连接。
所述柔性囊5两端设有上密封圈5a和下密封圈5b。
所述上导向座4与下导向座7结构一样，且上导向座4和下导向座7分别设有上密封槽4a和下密封槽7a，分别安装柔性囊5两端的上密封圈5a和下密封圈5b。
所述上导向座4和下导向座7的材料为隔磁材料，此时磁感线分别通过上端盖2、外缸筒8、下端盖9及磁流变液，形成闭合回路；工作腔A的中间部分，即上端盖2、下端盖9之间的磁流变液为有效区域，存在均匀分布的磁场，有效区域的横截面积恒等，而挤压到上端盖2、下端盖9之外的磁流变液为无效区域，存在弱磁场。
所述上导向座4和下导向座7的材料为导磁材料，此时磁感线分别通过上端盖2、上导向座4、外缸筒8、下端盖9、下导向座7及磁流变液，并形成闭合回路；整个工作腔A都为有效区域，有效区域内的磁流变液的体积保持恒定。
所述外缸筒8内壁设有不同内径的光孔，分别与上法兰盘1、上端盖2及下端盖9形成配合，保证本发明试验装置的同轴度。
所述外缸筒8开有引线孔8a，将励磁线圈6引出；所述外缸筒8开有若干通气孔8b；所述的外缸筒8内部可以安放两个或者多个励磁线圈6。
本发明的工作过程如下：
首先，将所述的上法兰盘1与振动台测试台的载荷传感器连接，下法兰盘10与振动台作动端连接。
其次，振动台作动，下法兰盘10带动下端盖9和下导向座7往复运动，从而实现对磁流变液的挤压和拉伸激励。
同时，振动台的传感器实时监测并记录实验装置在试验中的响应和动力学特性。通过改变调整垫片3的厚度就可以实现不同初始间隙的磁流变液挤压流动动力学特性测试；通过改变上导向座4、下导向座7的材料可以实现磁流变液等体积和等面积挤压流动动力学特性的测试；通过改变线圈中的电流大小可以测试不同磁场强度下磁流变液挤压流动动力学特性；通过改变振动台输出的振动信号可以测试准静态的，动态的尤其是高频激振下的磁流变液挤压流动动力学特性；亦可调整振动台的环境箱温度，研究温度对磁流变液挤压流动动力学特性的影响规律。
本发明具有以下优点和积极效果：
1、本发明磁流变液挤压特性测试装置利用柔性囊进行自密封，同时可以测试磁流变液拉伸流动动力学特性。与浸润式的流体挤压流动动力学特性测试装置比较，避免了空气对试验结果的影响；与活塞式的流体挤压流动动力学特性测试装置比较，避免了活塞杆处摩擦力的影响。
2、本发明设置有调整行程，在上端盖与上导向座之间安装有调整垫片，通过改变垫片的厚度，可以方便地实现工作腔初始间隙的调节。
3、本发明上导向座和下导向座可以采用导磁材料，能够实现磁流变液等体积挤压流动特性的测试；也可以采用不导磁材料，能够实现磁流变液等面积挤压流动特性的测试。
4、本装置上端盖、下端盖及外缸筒采用导磁材料，且上端盖中间挖孔，优化磁场分布，增强工作腔的磁场强度；同时上法兰盘、下法兰盘采用隔磁材料，避免励磁线圈产生的磁场对与其连接设备的传感器产生影响。
附图说明
图1是囊式磁流变液挤压流动动力学特性测试装置剖面图。
图2是上端盖剖面图。
图3是上导向座(下导向座)剖面图。
图4是柔性囊剖面图。
图5是外缸筒剖面图。
图6是初始状态下测试装置磁场分布图。
图7是磁流变液等面积挤压流动磁场分布图。
图8是磁流变液等体积挤压流动磁场分布图。
图中：
1、上法兰盘；2、上端盖；2a、引导孔；2b、注入孔；2c、排气孔；
3、调整垫片；4、上导向座；4a、上密封槽；
5、柔性囊；5a、上密封圈；5b、下密封圈；
6、励磁线圈；7、下导向座；7a、下密封槽；
8、外缸筒；8a、引线孔；8b、通气孔；
9、下端盖；10；下法兰盘；
A、工作腔；B、导向空腔；L、调整行程；S、连接螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所述的一种囊式磁流变液挤压流动动力学特性测试装置，包括柔性囊5，柔性囊5上边沿通过同轴安装的上端盖2和上导向座4夹紧密封，柔性囊5下边沿通过同轴安装的下端盖9和下导向座7夹紧密封，柔性囊5的外侧、外缸筒8内部设有励磁线圈6；所述柔性囊5、上端盖2及下端盖9之间形成工作腔A，工作腔A中注入磁流变液或者其他待测液体；所述柔性囊5、上导向座4及下导向座7之间形成导向空腔B，引导柔性囊5的挤压变形。
优选地，还包括上法兰盘1和下法兰盘10，上法兰盘1与外缸筒8之间通过螺栓S连接，并压紧上端盖2，下法兰盘10与下端盖9固定连接，上法兰盘1和下法兰盘10用于本发明的测试装置和振动试验台或其他设备的连接。
优选地，所述的上端盖2与上导向座4之间设有调整行程L，设有调整垫片3，通过调节调整垫片3的厚度来调节工作腔A的初始间隙。
优选地，如图2所示，所述的上端盖2上开有引导孔2a，用于引导磁场分布，初始状态下磁场分布图如图6所示，在引导孔2a下端开有两个螺纹孔2b和2c，分别为注入孔和排气孔，并使用内六角螺栓和橡胶垫片密封；
所述上端盖2上还设有连接螺纹，与上导向座4连接，下端盖9上设有连接螺纹，与下导向座7连接；
所述柔性囊5两端设有上密封圈5a和下密封圈5b，如图4所示，用来实现自密封；
所述上导向座4与下导向座7结构一样，如图3所示，且上导向座4和下导向座7分别设有上密封槽4a和下密封槽7a，用来安放柔性囊5两端的上密封圈5a和下密封圈5b；
所述上导向座4和下导向座7的材料可选择隔磁材料，用于等面积的磁流变液挤压流动动力学特性研究，挤压状态下的磁场分布图如图7所示，此时磁感线分别通过上端盖2、外缸筒8、下端盖9及磁流变液，并形成闭合回路。工作腔A的中间部分，即上端盖2、下端盖9之间的磁流变液为有效区域，存在均匀分布的磁场，而挤压到上端盖2、下端盖9之外的磁流变液为无效区域，磁场很弱，可以忽略。此时有效区域内的横截面积保持恒定，可以实现磁流变液等面积挤压流动动力学特性的测试。
所述上导向座4和下导向座7的材料可选择导磁材料，用于等体积的磁流变液挤压流动动力学特性研究，其挤压状态下的磁场分布图如图8所示，此时磁感线分别通过上端盖2、上导向座4、外缸筒8、下端盖9、下导向座7及磁流变液，并形成闭合回路。整个工作腔A都为有效区域，有效区域内的磁流变液的体积保持恒定，可以实现磁流变液等体积挤压流动动力学特性的测试。
所述外缸筒8内壁设有不同内径光孔，分别与上法兰盘1、上端盖2及下端盖9形成配合来保证本发明试验装置的同轴度；
如图5所示，所述外缸筒8开有引线孔8a，用于励磁线圈6的引出；所述外缸筒8开有若干通气孔8b，以保证试验过程中空气的流通，避免气压变化对试验结果的影响。
可选的，外缸筒8与上法兰盘1的连接方式可以是螺纹连接、过盈连接、焊接；
可选的，安放柔性囊5两端的上密封圈5a和下密封圈5b的密封槽可以设在上端盖2和上端盖7上；
可选的，外缸筒8内部可以安放两个或者多个线圈来增强磁场强度。
本发明的工作过程如下：
首先，将所述的上法兰盘1与振动台测试台的载荷传感器连接，下法兰盘10与振动台作动端连接，初始状态下测试装置磁场分布图如图6所示。
其次，振动台作动，下法兰盘10带动下端盖9和下导向座7往复运动，从而实现对磁流变液的挤压和拉伸激励。
同时，振动台的传感器实时监测并记录实验装置在试验中的响应和动力学特性。通过改变调整垫片3的厚度就可以实现不同初始间隙的磁流变液挤压流动动力学特性测试；通过改变上导向座4、下导向座7的材料可以实现磁流变液等体积和等面积挤压流动动力学特性的测试；通过改变线圈中的电流大小可以测试不同磁场强度下磁流变液挤压流动动力学特性；通过改变振动台输出的振动信号可以测试准静态的，动态的尤其是高频激振下的磁流变液挤压流动动力学特性；亦可调整振动台的环境箱温度，研究温度对磁流变液挤压流动动力学特性的影响规律。
Claims (8)
1.一种囊式磁流变液挤压流动动力学特性测试装置，其特征在于：包括柔性囊(5)，所述的柔性囊(5)上边沿通过同轴安装的上端盖(2)和上导向座(4)夹紧密封，柔性囊(5)下边沿通过同轴安装的下端盖(9)和下导向座(7)夹紧密封，柔性囊(5)的外侧、外缸筒(8)内部设有励磁线圈(6)；所述柔性囊(5)、上端盖(2)及下端盖(9)之间形成工作腔(A)，工作腔(A)中注入磁流变液或者其他待测液体；所述柔性囊(5)、上导向座(4)及下导向座(7)之间形成导向空腔(B)，引导柔性囊(5)的挤压变形；
所述上导向座(4)和下导向座(7)的材料为导磁材料，此时磁感线分别通过上端盖(2)、上导向座(4)、外缸筒(8)、下端盖(9)、下导向座(7)及磁流变液，并形成闭合回路；整个工作腔(A)都为有效区域，有效区域内的磁流变液的体积保持恒定。
2.根据权利要求1所述的一种囊式磁流变液挤压流动动力学特性测试装置，其特征在于：还包括上法兰盘(1)和下法兰盘(10)，上法兰盘(1)与外缸筒(8)固定连接，并压紧上端盖(2)，下法兰盘(10)与下端盖(9)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种囊式磁流变液挤压流动动力学特性测试装置，其特征在于：所述的上端盖(2)与上导向座(4)之间设有调整垫片(3)，通过调节调整垫片(3)的厚度对工作腔(A)的初始间隙进行调节。
4.根据权利要求1所述的一种囊式磁流变液挤压流动动力学特性测试装置，其特征在于：所述的上端盖(2)上开有引导孔(2a)，在引导孔(2a)下端开有两个螺纹孔(2b)和(2c)，分别为注入孔和排气孔，并使用内六角螺栓和橡胶垫片密封；所述上端盖(2)上还设有连接螺纹，与上导向座(4)连接；下端盖(9)上设有连接螺纹，与下导向座(7)连接。
5.根据权利要求1所述的一种囊式磁流变液挤压流动动力学特性测试装置，其特征在于：所述柔性囊(5)两端设有上密封圈(5a)和下密封圈(5b)。
6.根据权利要求5所述的一种囊式磁流变液挤压流动动力学特性测试装置，其特征在于：所述上导向座(4)与下导向座(7)结构一样，且上导向座(4)和下导向座(7)分别设有上密封槽(4a)和下密封槽(7a)，分别安装柔性囊(5)两端的上密封圈(5a)和下密封圈(5b)。
7.根据权利要求1所述的一种囊式磁流变液挤压流动动力学特性测试装置，其特征在于：所述外缸筒(8)内壁设有不同内径的光孔，分别与上法兰盘(1)、上端盖(2)及下端盖(9)形成配合，保证本发明试验装置的同轴度。
8.根据权利要求1所述的一种囊式磁流变液挤压流动动力学特性测试装置，其特征在于：所述外缸筒(8)开有引线孔(8a)，将励磁线圈(6)引出；所述外缸筒(8)开有若干通气孔(8b)；所述的外缸筒(8)内部安放两个或者多个励磁线圈(6)。
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