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磁粉制动器加载特性研究

来源:磁粉制动器  发布时间:2017-06-30

刘京亮1,宋影1,刘飞1,程爽1,王兴林2

(1.北京航空精密机械研究所,北京100076;2.中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司,沈阳110043)

[摘要]基于电机伺服控制与测试试验平台,研究磁粉制动器的加载特性。设计加载实验,分析实验数据得,磁粉制动器的静态加载具有滞环特性;其阶跃上升响应时间大于阶跃下降响应时间,且响应时间与转速无关;跟踪加载滞后的相位差只与输入电流频率有关;在输入电流不变时,磁粉制动器的转速越大输出扭矩越大。

[关键词]磁粉制动器;模拟加载装置;动态载荷;静态加载

 

1引言

综合国内外机械运动的加载方式,常见的有磁粉制动器加载、电动机电控加载和电液伺服制动器加载三种方式。电动机电控加载和电液伺服制动器加载通常应用于功率较大的场合,而对于小功率加载系统,通常采用磁粉制动器加载。磁粉制动器具有性价比高、响应速度快、结构简单、无冲击、无振动、无噪音等优点,它主要用于张力自动控制系统和转矩转速功率测试系统,还可用于缓冲启动、过载保护、调速等系统[1,3]。磁粉制动器虽已得到广泛应用,但从目前公开的资料来看,对其加载特性的研究比较少。

基于电机伺服控制与测试试验台对磁粉制动器的加载特性进行研究。分段曲线拟合分析其静态特性,输入阶跃电流研究其动态特性,研究磁粉制动器转速、输入电流与其跟踪加载的特性关系。通过研究分析磁粉制动器的加载特性,为更好的应用和控制磁粉制动器,提高加载精度以及数学建模提供参考资料。

2磁粉制动器结构及工作原理

磁粉制动器按照不同标准可分为多种类型,试验台使用自然风冷、外壳旋转式磁粉制动器,其内部结构图和实物图如图1所示,主要由静止体、旋转体(转动部分)、励磁线圈、磁粉等部分组成[5]。磁粉制动器在工作时,旋转体相对静止体是转动的,激磁线圈被安装在定子中并与直流电源连接。在转子中和线圈中心位置相对应的是隔磁环,它的主要用途是阻隔磁力线未经过工作间隙便形成磁场回路。

磁粉制动器的工作机理是:当电流流过激磁线圈时随之建立磁场,此时,磁粉在工作间隙中形成很多小的磁粉链,在磁场的作用下,磁粉链按线圈的径向均匀分布。在制动器的转子相对定子转动时,磁粉制动器工作。磁粉链是不断的形成与断裂的,但总有一定的数量的磁粉链传递着作用力,这些磁粉链中的被磁化的磁粉在垂直于两个极面的法向方向,相邻的磁粉粒子相互挤压,是磁粉链的两端受到垂直于两个极面的法向的压紧力,当制动器的转子相对于定子转动时,这些磁粉链就会被向相反的方向拉扯,造成磁粉间因相对运动或有相对运动的趋势而产生摩擦力,从而产生制动力矩。输入电流消失时磁粉处于松散状态,制动力矩消失。磁粉所传递的力矩是由内定子外径、工作宽度、气隙大小、粉末中的磁通密度、磁粉的磁性(导磁率、填充密度、粉末的形状等)等因素决定。

 

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