專利名稱：磁流變液制動(dòng)特性演示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
磁流變液制動(dòng)特性演示裝置
一、 技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)教育演示儀器，特別涉及一種磁流變液制動(dòng)特性演示裝置。
二、 背景技術(shù)
磁流變液是一種新型可控智能流體材料。它在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，表現(xiàn)為流動(dòng)性良好的 牛頓流體；在中等強(qiáng)度磁場(chǎng)時(shí)，其表觀粘度可在數(shù)毫秒內(nèi)增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)，從而呈現(xiàn)類 似固體的力學(xué)性質(zhì)。這種粘度的變化連續(xù)、可逆。且整個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程極快，易于控制，能 耗極小，可應(yīng)用于實(shí)時(shí)主動(dòng)控制。
目前，國(guó)內(nèi)外一些機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行磁流變液的研究。
一方面是理論研究，主要包括磁 流變液行為的宏觀模型研究，磁流變液行為的微觀機(jī)理研究，磁流變液的制備與性能研 究以及磁流變液流變性特性的研究；另一方面是實(shí)際應(yīng)用，目前主要包括磁流變減振器， 磁流變阻尼器，磁流變光學(xué)拋光，磁流變可控液壓閥，磁流變密封裝置，另外在醫(yī)學(xué)、 印刷等行業(yè)也有應(yīng)用。
盡管磁流變液是一種很有潛力的流體材料，但是由于該材料發(fā)展較晚，在學(xué)校教育 中特別是新材料學(xué)方面的科普教育中，對(duì)磁流變液的介紹推廣很少，更缺少磁流變液方 面的教學(xué)儀器設(shè)備，因此社會(huì)技術(shù)人員及學(xué)校師生對(duì)于磁流變液的了解很少，很陌生， 甚至根本不知道這種智能流體的存在。
三、 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種磁流變液制動(dòng)特性 演示裝置，力圖用演示裝置將磁流變液的特性表演出來(lái)，使人們能夠直觀地觀察到這種 新材料的特性，啟發(fā)學(xué)生的新思維，提高學(xué)生科技創(chuàng)新的興趣。
其技術(shù)方案是包括圓柱筒、封裝頂蓋、固定擋板、電磁線圈、磁流變液、封裝底 蓋、制動(dòng)軸、滑輪、砝碼，所述的圓柱筒外纏繞電磁線圈，在電磁線圈的上下設(shè)有固定 擋板，電磁線圈的上部的固定擋板的一側(cè)設(shè)有支架，支架的兩側(cè)固定著軸承支撐架，軸 承支撐架上設(shè)有滑輪及砝碼；
所述的圓柱筒的內(nèi)部設(shè)有封裝頂蓋和封裝底蓋，封裝底蓋上部灌注磁流變液，磁流 變液的液柱中部?jī)?nèi)放置制動(dòng)圓盤(pán)，所述的制動(dòng)圓盤(pán)與制動(dòng)軸相連，制動(dòng)軸穿過(guò)圓柱筒的 封裝頂蓋及軸承連接著的滑輪，砝碼用細(xì)線經(jīng)過(guò)滑輪的凹槽連接在滑輪上。
上述的電磁線圈的上部的固定擋板上留有小孔，線圈導(dǎo)線可以從其中穿出，并與電 源接頭連接。
在所述的軸承支撐架的凹槽部分連接有穿過(guò)軸承內(nèi)孔的固定軸，軸承外側(cè)則固定在 滑輪中。上述的磁流變液的灌注高度約為10cm。
上述的圓柱筒的電磁線圈中心以下約5cm處，內(nèi)部粘合封裝底蓋。
其工作原理是砝碼開(kāi)始下落時(shí)，細(xì)線會(huì)帶動(dòng)滑輪以及滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，滑輪通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸
帶動(dòng)固定在另一端的制動(dòng)圓盤(pán)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)電磁線圈通入電流時(shí)，會(huì)在磁流變液中產(chǎn)生磁場(chǎng)，根據(jù)磁流變液的流變特性可知， 磁流變液中會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力，這種剪切應(yīng)力作用在制動(dòng)圓盤(pán)上，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻礙其旋轉(zhuǎn) 的制動(dòng)扭矩，使制動(dòng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)減慢，砝碼下降速度也逐漸減速，進(jìn)一步增大線圈的電流， 制動(dòng)圓盤(pán)的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降低，線圈的電流增達(dá)到一定程度，制動(dòng)圓盤(pán)會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，砝碼
停止下落。當(dāng)減少線圈的電流時(shí)，制動(dòng)圓盤(pán)又開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)；斷開(kāi)線圈的電流，制動(dòng)圓盤(pán)的 轉(zhuǎn)速最大。
本實(shí)用新型的有益效果是通過(guò)本實(shí)用新型可以有效地將磁流變液的流變特性演示 出來(lái)，使人們能夠直觀地觀察到這種新材料的特性，啟發(fā)學(xué)生的新思維，提高學(xué)生科技 創(chuàng)新的興趣。


附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意上圖中l(wèi)-滑輪；2-軸承；3-封裝頂蓋；4-圓柱筒；5-電源接頭；6-固定擋板；7-電 磁線圈；8-磁流變液；9-封裝底蓋；lO-滑輪；ll-軸承固定軸；12-砝碼；13-軸承支撐架； 14-支架;15-制動(dòng)軸;16-制動(dòng)圓盤(pán);17-軸承。
五具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖1，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述滑輪l、軸承2、封裝頂蓋3、圓柱筒
4、電源接頭5、固定擋板6、電磁線圈7、磁流變液8、封裝底蓋9、滑輪IO、軸承固定 軸11、砝碼12、軸承支撐架13、支架14、制動(dòng)軸15、制動(dòng)圓盤(pán)16、軸承17。所述的圓 柱筒4外纏繞電磁線圈7，在電磁線圈的上下設(shè)有固定擋板6，所述的電磁線圈7的上部 的固定擋板上留有小孔，線圈導(dǎo)線可以從其中穿出，并與電源接頭5連接。電磁線圈7 的上部的固定擋板的一側(cè)設(shè)有支架14，支架14的兩側(cè)固定著軸承支撐架13，軸承支撐 架13上設(shè)有滑輪10及砝碼12，具體的是在所述的軸承支撐架13的凹槽部分連接有穿過(guò) 軸承17內(nèi)孔的固定軸11，軸承外側(cè)則固定在滑輪10中。
在電磁線圈中心以下約5cm處，所述的圓柱筒4的內(nèi)部設(shè)有封裝頂蓋3和封裝底蓋 9，封裝底蓋上部灌注高度約為10cm的磁流變液8,磁流變液的液柱中部?jī)?nèi)放置制動(dòng)圓 盤(pán)16，所述的制動(dòng)圓盤(pán)16與制動(dòng)軸15相連，制動(dòng)軸穿過(guò)圓柱筒的封裝頂蓋3及軸承2 連接著的滑輪1，砝碼12用細(xì)線經(jīng)過(guò)滑輪10的凹槽連接在滑輪1上。
其工作步驟如下 (a)扭矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系實(shí)驗(yàn)(1) 將線圈與直流穩(wěn)壓電源連接，給線圈提供一定的穩(wěn)定電流；
(2) 調(diào)節(jié)砝碼12的重量，使其勻速下落。
(3) 使磁場(chǎng)恒定，增加砝碼12的重量后，滑輪10的轉(zhuǎn)速先增加，到一定程度后， 勻速下落，此時(shí)速度較(2)大。
(4) 使磁場(chǎng)恒定，減小砝碼12重量，滑輪10的轉(zhuǎn)速減慢，到一定程度后，勻速下 落，此時(shí)速度較(2)小。
以上說(shuō)明，在磁場(chǎng)恒定不變的情況下，制動(dòng)圓盤(pán)16上的扭矩與轉(zhuǎn)速成正比。
(b) 磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)速的關(guān)系實(shí)驗(yàn)
(1) 將線圈與直流穩(wěn)壓電源連接，給線圈提供一定的穩(wěn)定電流；
(2) 調(diào)節(jié)砝碼12的重量，使其下落一段距離后勻速下落，然后保持砝碼重量不變。
(3) 當(dāng)砝碼勻速下落時(shí)，提高磁場(chǎng)強(qiáng)度，即增大電源的電流，滑輪10轉(zhuǎn)速減慢。 繼續(xù)增強(qiáng)磁場(chǎng)，滑輪10轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降低，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度，可觀察到滑輪10 停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
(4) 反之，當(dāng)砝碼勻速下落時(shí)，降低磁場(chǎng)的強(qiáng)度，砝碼12則會(huì)加速下落，即觀察
到滑輪io轉(zhuǎn)速加快。
以上說(shuō)明，在砝碼重量不變的情況下，即動(dòng)力扭矩不變的情況下，磁場(chǎng)強(qiáng)度與轉(zhuǎn)速 成反比。
(c) 扭矩與磁場(chǎng)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)
(1) 選取適當(dāng)?shù)捻来a12，在不受磁場(chǎng)作用時(shí)，使砝碼由靜止開(kāi)始下落。
(2) 下落到一定高度時(shí)，由于磁流變液粘滯阻力矩的增大，抵消了砝碼重力產(chǎn)生的 動(dòng)力矩，制動(dòng)圓盤(pán)16開(kāi)始以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，砝碼12也開(kāi)始勻速下落。此時(shí)制動(dòng)圓 盤(pán)16的阻力扭矩與滑輪10的動(dòng)力扭矩相等。
(3) 增加砝碼12的重量，制動(dòng)圓盤(pán)16的轉(zhuǎn)速提高，說(shuō)明動(dòng)力扭矩增大，增大線圈 7的電流，既增強(qiáng)磁場(chǎng)可使砝碼下降的速度恢復(fù)到(2)的速度。
(4) 提高磁場(chǎng)強(qiáng)度，可使制動(dòng)圓盤(pán)16的轉(zhuǎn)速減小，要使速度恢復(fù)到(2)的速度， 必須增加砝碼12的重量。
以上說(shuō)明，在制動(dòng)圓盤(pán)16轉(zhuǎn)速不變的情況下，磁場(chǎng)強(qiáng)度與扭矩成正比。
權(quán)利要求1、一種磁流變液制動(dòng)特性演示裝置，其特征是包括圓柱筒(4)、封裝頂蓋(3)、固定擋板(6)、電磁線圈(7)、磁流變液(8)、封裝底蓋(9)、制動(dòng)軸(15)、滑輪(1、10)、砝碼(12)，所述的圓柱筒(4)外纏繞電磁線圈(7)，在電磁線圈的上下設(shè)有固定擋板(6)，電磁線圈(7)的上部的固定擋板的一側(cè)設(shè)有支架(14)，支架(14)的兩側(cè)固定著軸承支撐架(13)，軸承支撐架(13)上設(shè)有滑輪(10)及砝碼(12)；所述的圓柱筒(4)的內(nèi)部設(shè)有封裝頂蓋(3)和封裝底蓋(9)，封裝底蓋上部灌注磁流變液(8)，磁流變液的液柱中部?jī)?nèi)放置制動(dòng)圓盤(pán)(16)，所述的制動(dòng)圓盤(pán)(16)與制動(dòng)軸(15)相連，制動(dòng)軸穿過(guò)圓柱筒的封裝頂蓋(3)及軸承(2)連接著的滑輪(1)，砝碼(12)用細(xì)線經(jīng)過(guò)滑輪(10)的凹槽連接在滑輪(1)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變液制動(dòng)特性演示裝置，其特征是所述的電磁線圈(7) 的上部的固定擋板上留有小孔，線圈導(dǎo)線可以從其中穿出，并與電源接頭(5)連 接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變液制動(dòng)特性演示裝置，其特征是在所述的軸承支 撐架(13)的凹槽部分連接有穿過(guò)軸承(17)內(nèi)孔的固定軸(11)，軸承外側(cè)則固定在滑 輪(10)中。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變液制動(dòng)特性演示裝置，其特征是所述的磁流變液(8) 的灌注高度為10cm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變液制動(dòng)特性演示裝置，其特征是所述的圓柱筒的 電磁線圈中心以下5cm處，內(nèi)部粘合封裝底蓋(9)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種磁流變液制動(dòng)特性演示裝置。其技術(shù)方案是包括圓柱筒、電磁線圈、磁流變液、制動(dòng)軸、滑輪和砝碼，圓柱筒外纏繞電磁線圈，在電磁線圈的上下設(shè)有固定擋板，電磁線圈的上部的固定擋板的一側(cè)設(shè)有支架，支架的兩側(cè)固定著軸承支撐架，軸承支撐架上設(shè)有滑輪及砝碼；圓柱筒的內(nèi)部灌注磁流變液，磁流變液的液柱中部?jī)?nèi)放置制動(dòng)圓盤(pán)，所述的制動(dòng)圓盤(pán)與制動(dòng)軸相連，制動(dòng)軸穿過(guò)圓柱筒的封裝頂蓋及軸承連接著的滑輪，砝碼用細(xì)線經(jīng)過(guò)滑輪的凹槽連接在滑輪上。有益效果是通過(guò)本實(shí)用新型可以有效地將磁流變液的流變特性演示出來(lái)，使人們能夠直觀地觀察到這種新材料的特性，啟發(fā)學(xué)生的新思維，提高學(xué)生科技創(chuàng)新的興趣。
文檔編號(hào)G09B23/00GK201251868SQ20082002608
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日
發(fā)明者軍 徐, 剛 郭 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)