机械工程领域磁流变技术的应用研究与讨论

刘睿

【摘 要】针对磁流变液材料的特性，本文介绍了磁流变技术在机械工程领域中的应用，磁流变技术应用到的磁流变液材料可以在外部磁场的作用下，使材料产生流变特性的变化，材料可以在强磁作用下瞬间从液体转变为半固体形态，磁流变液材料具有非常强的屈服性。分析应用过程中存在的问题，希望可以促进磁流变技术在机械工程领域中的发展。

【关键词】机械工程；磁流变技术；磁流变液；流变特性

磁流变技术中的磁流变液材料是一种智能材料，可以在液体和半固体状态之间自由转变，转变时间达到毫秒的级别，力学性能极强。这种可变性和控制简单的特点使磁流变技术成为了机械系统的中间装置，在机械工程领域中有非常高的应用价值。磁流变技术应用在机械工程领域中可以让机械设备的反应效率提高，并且很大程度上降低了机械装置传动能耗。分析磁流变液材料的特性，对磁流变技术在机械工程应用中出现的问题进行阐述，希望可以促进该技术在机械工程领域中的发展。

1 磁流变技术简介

1.1 磁流变效应

磁流变流体在未经磁场干扰时，是以一种液体形式存在的，在磁场的作用下，磁流变材料的性质发生改变，逐渐从液态向半固态转变，当磁场消除，该材料又会转变为固态，这种转变也称之为磁流变效应。磁流变材料的状态转换是可逆的，并且转换时间非常短，达到了毫秒。

1.2 磁流变液组成和特性

磁流变流体中具有磁化颗粒、粘性基液和稳定剂，磁化颗粒主要是铁粉，粘性基液的粘度比较低，硅油或者合成油都可以作为粘性基液，稳定剂可以避免磁化颗粒全部聚集在一起，使颗粒悬浮在粘性基液中，在磁流变效应发生时，稳定剂可以起到润滑的作用。

磁流变液具有可逆性、连续性、可控性和剪切屈服强度比较大的特性，可逆性是指磁流变液在转变到半固态之后还可以转变回原来的液态，实现了在两种状态之间互相转化，是一种应用价值非常高的智能材料；连续性是指磁流变液在磁场作用下的状态变化是不存在中断的；磁流变液在磁场作用下剪切屈服强度最高可以达到50kPa；可控性与外部磁场的磁感应强度有关，所以可以通过控制磁感应强度实现对磁流变液材料的控制，磁感应强度的控制可以通过计算机来实现，所以该材料的可控性非常高。

2 磁流变装置的工作模式

磁流变装置主要有三种工作模式，分别是流动模式、剪切模式和挤压模式。

2.1 流动模式

流动模式是指装置的上下磁极板是固定不动的，磁流变液体会在压力的作用下，在两个极板之间流动，压力等于磁场引起的屈服应力与磁流变材料基液粘性分量的和。

当磁流变液装置的上下磁极处于相对静止的状态时，磁流变液会在磁场的压差下在极板剩余的空隙中流动，因为磁流变液体被限制在上下极板之间，这时可以通过磁场强度来控制磁流变液的流动速度，该模式就叫做流动模式。应用到流动模式的例如流量阀、制动器、减震器等等。

2.2 剪切模式

剪切模式是指磁流变装置的两个极板以某一固定的速度进行平行移动，外部磁场是以垂直的方向施加在极板上，这就导致了装置的剪切变形，出现了剪切阻力，这时装置的阻力就等于磁场屈服力与原本基液粘性分量的和。在剪切模式下，磁流变液的状态会根据外部磁场的强度而改变。应用到剪切模式的装置主要有离合器、闭锁装置以及其它的复合构件等等。

2.3 挤压模式

挤压模式中，外部磁场是在磁流变装置的垂直方向施加的，这时磁流变装置的极板会进行上下的相对运动，在运动的过程中，磁流变液处于挤压的状态。磁流变装置的变形会根据外部磁应力的大小而改变。挤压模式下磁流变装置产生的变形非常小，但是变形阻力却非常的大。应用到挤压模式的装置主要有振幅比较小的阻尼器、止推轴承等等。

3 机械工程领域中磁流变技术的应用

3.1 精密机械抛光中磁流变技术的应用

应用磁流变技术进行精密机械的抛光，是将被抛光的机械部件安装在移动抛光壁上某一固定高度上，将磁流变抛光装置与机械部件保持一定的距离，当磁流变抛光装置接通磁场时，磁流变抛光装置就会向着机械部件的位置移动，随着外部磁场的加大，抛光装置与机械部件的距离越来越小，这是两者间隙之间会产生巨大的剪切应力，形成抛光区，磁流变抛光装置就会去除掉机械部件在抛光区中的部分。通过计算机来控制机械部件的移动，并精确的计算部件每个位置在抛光区中停留的时间，有效的对复杂机械部件进行精密抛光。

3.2 在机械密封中应用磁流变技术

磁流变密封与传统机械密封结构基本一致，但是磁流变密封结构的密封性能比较好，并且不会对密封部件产生磨损。它主要是通过磁场对密封装置中的密封间隙进行控制，使部件达到很好的密封效果。磁流变密封圈会随着磁场强度的加大，剪切作用也逐渐加大，磁流变密封机械在低速运转状态中工作效率比较高。

3.3 在机械传动中应用磁流变技术

应用磁流变技术的机械传动是根据磁流变液的流变效应进行的，主要以磁流变液作为传动介质，通过外部磁场强度的变化，控制磁流变液的转化，使传动的力量产生改变。应用磁流变液的机械传动装置，可以在很短的时间内做出精确的传动反应，避免对传动部件造成较大的磨损，可以对传动部件的扭矩进行调节，提高传动装置的传动效率。

3.4 磁流变技术在减震器上的应用

具有磁流变技术的阻尼器可以应用到减震系统的控制当中，磁流变阻尼器减震器可以实现减震的主动控制，可以重量限制较高，空间限制比较严格的机械进行减震，磁流变阻尼器的减震系统可控性非常强，可以对减震装置进行无极调节，例如车用减震器和车辆座椅减震器，这种减震器可以使车辆的振幅减少一半，具有良好的减震效果，将该类减震器安装在车辆上，很大程度上提高了车辆的可操纵性和舒适性。

3.5 柔性夹具中磁流变技术的应用

柔性夹具中应用磁流变技术，可以使磁流变技术的流变特性最大限度的发挥出来，在对高精度机械部件进行加工时，磁流变柔性夹具可以对各种不规则形状的部件进行夹持。磁流变柔性夹具可以让原本的夹具结构从微观上进行改变，使原本单一的压力夹具延伸出了更具效果的磁流变夹具。通过外部高强度磁场对磁流变夹具内部的影响，使夹具的柔性夹紧能力的到了很大的提升，而且计算机可以对外部磁场进行控制，使夹具的夹紧程度存在差异，不会导致部件的损坏。

4 结论

磁流变技术在机械工程领域中有着非常良好的应用前景，目前我国很多磁流变装置还没有设定精确的运算模型，所以还不能实现磁流变技术在机械工程领域的普遍应用，为了加快磁流变技术在机械工程领域的发展，一定要加强对磁流变液的研究，保证磁流变液的稳定性，控制磁流变液的基液粘度，使磁流变液的反应速度得到提升。避免磁流变技术的发展受到磁流变液性能的限制。

【参考文献】

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[责任编辑：王楠]