文摘
旨在研究传动盘的影响具有不同的表面耐磨性的磁流变液(MRF),一些具体的实验和分析。首先,阐述了磁流变液的实验材料和测试方法,和四个不同的表面形貌驱动板设计和制造。磁流变液试验台建立测试磁流变液的流变特性。此外,粒子的表面形态是使用扫描电子显微镜(SEM)。最后,实验结果表明,摩擦性能有显著影响的羰基铁基磁流变液与不同的驱动板。因此,驱动板与特定的表面形貌可以满足不同的磁流变液传动系统的需要。
1。介绍
作为一种智能材料,是对磁场敏感,磁流变液(MRF)是一个固液两相系统由微米或亚微米磁粒子和添加剂分散在一个非磁性液体载体(1,2]。MRF变化成固体状的结构从结构液状物暴露在外部磁场。当外部磁场,磁流变液的行为几毫秒内恢复到以前的状态。这种现象称为磁流变效应(3,4]。磁流变效应是快速、连续、可逆的,磁流变液是广泛应用于生物医学(5),汽车工业(6),抛光技术(7,8)、航空(9)、机械工程和其他领域(10,11]。
在实际工程应用中,羰基铁基磁流变流体具有不同物理参数有不同的应用程序性能,得到了广泛的研究的学者。腐蚀过程中羰基铁粒子在磁流变行为调查Plachy et al .,表明羰基铁粒子在激烈的氧化热空气中氧化在500°C和温和的化学氧化盐酸0.05米(12]。Sedlacik和Pavlinek的影响进行了试验研究,以阐明部分替换先生在整体性能以及沉降稳定性;沉降试验显示积极作用的二态的构成分散相的沉降稳定性(13]。系统研究碳同素异形体的整体影响添加剂对性能、稳定性、和redispersibility磁流变液体是由Cvek et al .,表明碳纳米管有一个更好的影响稳定和redispersibility MRF [14]。此外,酸性添加剂的效果的稳定性和流变性能暂停羰基铁(CI)微粒分散在硅油被阿什蒂亚尼和Hashemabadi研究。实验结果表明,脂肪酸碳链长度的增加,屈服应力和稳定性(增加了22倍H= 362 kA / m)和7次,分别为(15]。剪切应力和体积分数之间的关系,研究了磁流变液的剪切速率太阳et al .,并发现体积分数对磁流变液的屈服应力有很大影响16]。
粒子形态对磁流变液的特性也有很大的影响。描述、磁流变特性板片状羰基铁粒子(CIP)相比,传统的球面CIP研究了Shilan et al .,他们表明,弹性板CIP获得更高的饱和磁化(大约8%)比球形粒子(17]。此外,nonspherically形状的铁particle-based磁流变(MR)流体,特别是鳞片状,是综合评价由Patel先生制动器的性能等,并表明,鳞片状particle-based先生液体重量百分率为70%的铁粒子展品破坏扭矩以相对较低的磁场强度高17%相比,球形状的流体粒子重量百分率为72%[先生18]。效果nanocelluloses magnetoresponsive行为和稳定的液体先生研究了王et al .,他们表示,数控和CNF都可以稳定,液体和改善他们的敏感性改变磁场强度(19]。金刚石的影响研究了磁流变液的赵et al .,他们表明,金刚石的物理性质和外部工作条件可以有一个更高的对磁流变液的影响,这是高意义的磁流变液的制备与性能优良(20.]。铁纳米粒子和商业使用小型化羰基铁粒子在分散阶段准备先生液体;磁流变效应和沉降稳定被朱镕基et al。测量进行比较,他们表示,铁nanoparticles-based先生流体影响略低,但更好的沉降稳定性对羰基铁粒子小型化的液体先生(21]。
此外,外部工作条件也是影响磁流变液的性能的关键因素之一。温度效应对性能的磁流变悬架系统研究了可压缩麦基等人也发现,磁流变液的剪切屈服应力测试范围内保持不变,而塑性粘度,使用宾汉塑性模型,磁流变液的体积弹性模量随着流体的温度的增加而减少(22]。的微观特征磁场中的磁流变液(MRF)研究了王et al .,他们表明,链式结构相同的磁流变液变得更加明显随着磁场强度的增加,在相同的外部磁场,链式结构也变得更加明显,增加粒子体积分数(23]。
轴承上面的观察,对磁流变液的研究大大组件参数的磁流变液(磁性粒子、携带液和添加剂)和外部条件,如磁场和温度。然而,很少有研究关注表面纹理传动盘的磁流变液的性质。摘要MRF试验台是用来研究不同表面形貌的影响羰基铁基磁流变流体的性质。沉降稳定性、零场粘度,剧增的最大扭矩,和样品的剪切屈服应力的研究与分析。试验结果表明,摩擦性能有显著影响的羰基铁基磁流变液具有不同的表面纹理。
本文的其余部分组织如下:实验方法和制备的磁流变液部分阐述2。结果与讨论基于与不同表面织构对磁流变液传动盘实验讨论了部分3。我们的结论和未来的工作进行了总结4。
2。实验
2.1。磁流变液的制备
羰基铁粒子和合成基础油作为磁性粒子和载体流体用于磁流变液,分别。羰基铁粉的多分散的球形粒子直径介于1和2μm。由于其优良的高温和低温性能和广泛的工作温度,PAO 6 (Poly-Alpha-Olefins 6)选为载体流体。首先,从常温合成基础油加热到60°C的数字磁搅拌器。其次,分散剂、增稠剂和活化剂添加一定比例的合成基础油。第三,混合是磁搅拌约2小时,直到充分混合和速度保持在300转;然后我们得到化合物液体。第四,一定比例的羰基铁粉添加到复合液体逐渐。第五,进行搅拌和机械搅拌速度保持在1800 rpm约8小时。第六,悬浮液体搅拌在25°C约1小时。磁流变液30%的质量分数是由上述方法。磁流变液的制备过程如图1。然后我们准备羰基铁基磁流变流体样本标记为MRF-0。
2.2。实验方法对磁流变液的性质
如图2,有三种工作模式的磁流变液装置:流模式下,剪切模式,挤压模式。磁流变液传动装置是基于剪切模式。根据牛顿流体模型和宾汉流体,总剪切应力之间的关系和剪切应变率是由(24] 在哪里屈服应力的响应应用磁场强度B和是恒定的塑性粘度,即表观粘度。
在磁性粒子不磁化饱和之前,随磁场强度增大而增大B它是由(24] 在哪里B应用磁通密度和吗和n是常量参数近似磁场强度之间的关系和磁流变液的屈服应力,这是由磁流变液的特性决定的。
摘要圆盘旋转剪切试验装置是用来测试的可转让的转矩和它的工作原理如图3,抗扭矩可以写成(24]
的角速度旋转磁盘和 ,和h先生流体的厚度差距;然后
从上面的方程可以看出,磁流变液的抗扭矩传动装置主要由两部分组成, 和 。 是由剪切链柱状结构的磁流变液,然后呢是由磁流变液的粘度,磁流变液的物理性质有关。
为了观察磁流变流体的动态演化过程与应用磁场,磁流变液微观结构观测装置(图4)。如图5、磁性粒子随机分布在液体载体没有应用磁场。磁性粒子相互吸引和行成链应用磁场的方向和链更广泛和更长的与磁场强度增加。
(一)
(b)
(c)
测试设备的设计和它的整体结构如图6。为了研究不同表面形貌的影响羰基铁基磁流变流体的性质,驱动板表面光滑,环槽,径向槽,并使表面设计,槽的深度和麻面是2毫米,如图7。磁流变液试验台设计和建造,如图8。首先,四个样品的磁流变液具有相同成分实验前应准备作为参考样本。沉降稳定性、零场粘度和剪切屈服应力测试,分别。其次,磁流变液注入样品的磁流变液测试装置的工作差距。第三,大量的磁粉制动器保持在20 N / m,调节直流电源和交付3.5的连续输出电流,运行系统。第四,最大负载一个小时记录一次,可以转让时的测试装置系统稳定。第五,停止系统负载保持不变时,和样品来测试它的分散稳定性、零场粘度和剪切屈服应力。第六,驱动板是改变了四个不同的表面地形如图2,重复步骤2到5。
3所示。结果与讨论
磁流变液样本指数和相应的测试驱动板的磨损实验给出了表1。
3.1。磁性粒子形态的扫描电镜图像
磁性粒子的表面形态是由扫描电子显微镜(SEM)观察。羰基铁粒子实际上是球状体,如图9(一个)。修改后的粒子与絮状物表面可以提高磁流变液的悬浮稳定性如图9 (b)。数据9 (c)和9 (d)表明,颗粒磨损的磨损试验后由于粒子之间的相互作用(25,26]。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.2。沉降试验
的沉降稳定性样品通过视觉观察调查法和沉降率可以表示(27]:
在这个公式,hparticle-rich阶段相对的高度吗H先生,这是总液高度。
沉降稳定性曲线如图10。说明,所有的样品的沉降稳定性下降随着时间的推移,最后仍然是稳定的。体验测试样品的沉积率低于MRF-0,这表明修改粒子的表面被颗粒之间的交互力在实验。此外,MRF-4沉降率最低的73.8%,其次是MRF-2, 74.5%, MRF-3, 76.1%, MRF-1, 78.7%。
3.3。零场粘度
零场粘度的实验在室温下进行,25°C,流变仪(版本:安东洼地MCR 302)用于零场粘度的测试。从图11,所有的样品的零场粘度随剪切速率的增加,零场粘度MRF-0低于别人。此外,MRF-4零场粘度最高。因此,磁流变液受磨损实验具有较高的零场粘度。
3.4。剪切屈服应力
最大剧增扭矩的变化MRF样本与四个不同的驱动板与工作时间如图12。剧增的最大扭矩的样品是不同的。从最大到最小驱动板与径向槽的表面,表面光滑,环槽。相应的最大剧增27.7 Nm扭矩,25 Nm, 24.4 Nm和22.3海里。下降的利率是29%,30.6%,30.3%,和31.2%,分别。驱动板与环槽的最小传输扭矩;增加的原因可能是工作差距先生的流体以及相同方向的环槽和MR流体的剪切方向,这样可以减少剧增扭矩的MRF。
励磁电流和剪切屈服应力的关系曲线如图13。在工作差距驱动盘和刹车盘,磁通密度x设在方向不同的励磁电流如图14。如图13后,磁流变液的剪切屈服应力变得低磨损实验。MRF-1的曲线和MRF-3几乎是相同的,和剪切屈服应力达到39.7 kPa和39.8 kPa,分别,当励磁电流是4。然而,MRF-4最小剪切屈服应力,这是31.8 kPa,当励磁电流达到4。通过上述分析,径向槽和麻面驱动板不仅提高磁流变液的剧增扭矩,也增加了穿的MRF。
3.5。讨论
羰基铁基的摩擦学性能有显著影响磁流变液具有不同表面形貌驱动板。与光滑表面板相比,驱动板径向槽表面,使表面可以提高磁流变液的剧增力矩,但传动盘环槽表面不能。然而,径向槽平板和麻面板也可以加剧MRF的穿,这将减少磁流变液的剪切屈服应力。此外,集约化的MRF的穿,结果穿颗粒的增加,这导致减少磁流变液的零场粘度。磁流变液的零场粘度受到磨损实验以减少顺序如下:驱动板径向槽表面,驱动板的表面,驱动板表面光滑,驱动板与环槽的表面。此外,磁流变液的沉降稳定性恶化由于磨损实验后损伤的添加剂。因此,磁流变液的磨损特性的选择需要考虑表面纹理对驱动板应用于磁流变液传动系统。
4所示。结论和未来的工作
制造工艺方法详细描述了磁流变液,驱动板与四个不同的表面设计,和一个实验表磁流变液传动试验台的设计和建造研究穿羰基铁基磁流变液的性质。
未来的工作将集中于其他因素对磁流变液的特性,提高磁流变液传动系统的控制算法等羰基铁基磁流变液的最优属性,以及磁流变液的摩擦磨损机理的研究也是我们未来的工作。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。
确认
清局域网的支持项目的学院和大学在中国的江苏,连云港(没有技术计划。CG1615)、青年人才项目(LSZQNXM202001),中国国家自然科学基金(没有。51975568),江苏省自然科学基金(没有。BK20191341)开展本研究。