[实用新型]磁流变液在超声近场和可调磁场作用下的双圆筒剪切特性测试平台

说明书

技术领域

本实用新型涉及磁流变液材料性能检测技术，尤其是一种双作用条件下的磁流变液性能检测技术，具体地说是一种磁流变液在超声近场和可调磁场作用下的双圆筒剪切特性测试平台。

背景技术

距离超声波辐射面很近的位置会产生较强的声辐射力，通过声辐射力可来操控颗粒的位置、排列颗粒的顺序。超声对微纳颗粒的操控应用与其他众多诸如超声空化这样的物理效益一样，是多年来超声领域研究的重点之一。

磁流变液是一种流变特性可控的智能材料，其物理状态和流变特性伺服于外加磁场：在零磁场下其表现出牛顿流体特性；在磁场作用下，呈现出类固体力学高粘度、低流动性的特征，且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度存在关系。磁流变液还具有响应快（毫秒级）、连续可调、能耗低等优良特点。很多学者在磁流变液理论领域已经取得了很多成就，但都是集中于磁流变液在磁场和温度场下的剪切流变特性。

随着磁流变液应用的越来越广泛，在不同的领域有着不同的性能要求，由于磁流变液粘度随磁场增加的响应极快，但是在某些应用要求磁流变液粘度可精确调控并且调控更加广泛。由于磁流变液是由微米级的软磁材料颗粒分散于载液所形成的悬浮液，所以在现有超声近场对微观颗粒研究的基础上以及考虑到磁流变液圆筒型剪切模式可靠且结构简单，发明人选择向磁流变液施加超声近场，但目前并没有多种形态超声场和磁场耦合下的磁流变双圆筒剪切效应的测试设备与装置。

故发明人考虑到该技术领域空白以及成本、直观性和高效便捷性，设计了磁流变液在超声近场作用下的双筒型剪切特性测试平台，可大规模应用于多场耦合下的磁流变液机理研究。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对缺少磁流变液在超声近场作用下剪切特性测试手段而无法获得相应的技术参数的问题，设计一种能够同时向磁流变液施加不同强度超声场和磁场，并且可检测在不同强度超声场和不同强度磁场耦合作用或者单个场分别作用下的磁流变液在超声近场作用下的双筒型剪切特性测试平台。

本实用新型中的技术方案是：

一种磁流变液在超声近场和无级可调磁场作用下的双圆筒剪切特性测试平台，其特征在于：它包括平台驱动部件、平台工作部件以及相配套的力矩检测装置、转速检测装置和磁场检测装置，平台驱动部件利用电机为动力源，扭矩传感器测试电机输出扭矩，中空型光电编码器测试连接轴输出的转速，电机驱动器可对电机转速进行调节，以实现磁流变液的剪切率无级可调。平台工作部件立于驱动部件之上并与之相连，平台工作部件包括转子、超声发生和磁场发生三个核心组件。转子组件包括：连接轴、转子、导磁环、隔磁板、密封盖。转子和导磁环由高磁导率的电工纯铁材料制得，定子输出端薄壁圆筒结构由钢制得并插入前两者中间并且其插入深度可通过垫片调节，各距两者一定距离，导磁环、定子输出端和密封盖三者构成双圆筒型磁流变液剪切腔。由黄铜材料制得的隔磁板位于剪切腔底部，将转子和导磁环先粘接后通过螺栓在一起以保证剪切腔的底部密封性。铝制的连接轴与转子采用螺纹连接，并且垫入铜质垫片以压紧轴承，连接轴带动转子、隔磁板和导磁环一起旋转，从而对腔中的磁流变液实施双边剪切，为了保证连接的可靠性，转子转动的方向应与其上内螺纹的旋向相反。在剪切腔内侧设有磁流变液补给腔，对磁流变液在旋转过程中因惯性的而分布不均进行补给，同时还增加了散热空间。在剪切腔上部盖有两塑料密封盖，分别距离定子输出端圆筒结构适当距离，避免磁流变液在旋转过程中液滴飞溅且避免干扰定子振动模态。在密封盖和定子上设有磁流变液加注孔，注射器将磁流变液注射入补给腔后流入剪切腔。基于超声换能器的超声发生组件包括：超声换能器和定子输出端圆筒结构；换能器的纵振激发输出端振动从而对容腔中磁流变液施加超声场，声场强度可通过激励信号电压大小无级调控。在磁场发生组件中，线圈和其尼龙骨架装配在轴承杯外圆上，而轴承杯与下导磁板通过螺钉紧固，隔磁板由高磁阻的黄铜制得，励磁线圈产生的磁感线穿透过磁流变液剪切腔并且依次经过定子输出端圆筒、转子、轴承杯、下导磁板、导磁套和导磁环形成回路，定子输出端圆筒由钢制得；转子、轴承杯、下导磁板、导磁套和导磁环均由高磁导率的电工纯铁制得，连接轴由铝制得，整个回路中除了留有静止件和回转件的间隙外均保证紧密连接以减小磁阻和磁漏，磁流变液容腔中的磁场强度也可通过调节电流的大小而无级调控。整个工作部件通过支撑套立于平台驱动部件之上并与之相连。