磁粉制動(dòng)器依賴金屬摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力,存在磨損大、扭矩不穩(wěn)定的問題;而磁粉制動(dòng)器通過 “磁粉的磁粘效應(yīng)” 實(shí)現(xiàn)柔性制動(dòng),核心工作原理可分為 3 個(gè)階段:
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無勵(lì)磁狀態(tài):當(dāng)勵(lì)磁線圈不通電時(shí),內(nèi)部磁粉(通常為鐵粉、鎳粉等導(dǎo)磁顆粒,直徑 5-10μm)呈松散狀態(tài),在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)隨慣性自由流動(dòng),定子與轉(zhuǎn)子之間無扭矩傳遞,制動(dòng)器處于 “釋放” 狀態(tài),無制動(dòng)效果。
勵(lì)磁磁化狀態(tài):當(dāng)勵(lì)磁線圈通入直流電流時(shí),線圈產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)穿過定子、磁粉、轉(zhuǎn)子形成閉合磁路;磁粉在磁場(chǎng)作用下被磁化,形成 “磁粉鏈”(沿磁場(chǎng)方向排列的顆粒鏈條),將定子與轉(zhuǎn)子機(jī)械耦合。
扭矩傳遞與制動(dòng):磁化后的磁粉鏈具備較高的剪切強(qiáng)度,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)需克服磁粉鏈的剪切阻力,進(jìn)而將扭矩傳遞給定子(若定子固定,則產(chǎn)生制動(dòng)扭矩,使轉(zhuǎn)子減速 / 停止;若定子可轉(zhuǎn)動(dòng),則實(shí)現(xiàn)扭矩傳遞)。通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流大小,可改變磁場(chǎng)強(qiáng)度:電流越大,磁粉磁化越強(qiáng),磁粉鏈剪切強(qiáng)度越高,傳遞的制動(dòng)扭矩越大,實(shí)現(xiàn) “電流 - 扭矩” 的線性控制。
磁粉制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)緊湊,核心部件圍繞 “磁場(chǎng)產(chǎn)生 - 磁粉耦合 - 扭矩傳遞” 設(shè)計(jì),主要包括:
勵(lì)磁線圈:由漆包銅線繞制而成,是產(chǎn)生磁場(chǎng)的核心部件,通常封裝在定子內(nèi)部,通入直流電流(一般為 DC 24V 或 DC 90V)后產(chǎn)生穩(wěn)定磁場(chǎng);線圈絕緣等級(jí)需適配工作環(huán)境(如高溫環(huán)境選 H 級(jí)絕緣),避免過熱燒毀。
定子與轉(zhuǎn)子:均為導(dǎo)磁材料(如電工純鐵、硅鋼片)制成,定子固定在設(shè)備機(jī)架上,轉(zhuǎn)子與需制動(dòng)的傳動(dòng)軸連接(如張力控制系統(tǒng)的卷軸軸);定子與轉(zhuǎn)子之間留有環(huán)形工作間隙(通常 0.5-1mm),間隙內(nèi)填充磁粉,確保磁場(chǎng)均勻穿過磁粉。
磁粉:是扭矩傳遞的介質(zhì),需具備高導(dǎo)磁率、耐磨損、耐高溫(通常可承受 150-200℃)特性,常見類型為 “鐵鎳合金磁粉”(適配中低扭矩場(chǎng)景)或 “鐵鈷合金磁粉”(適配高扭矩場(chǎng)景);磁粉填充量需精準(zhǔn)控制,過多易導(dǎo)致卡滯,過少則扭矩不足。
密封與冷卻結(jié)構(gòu):為防止磁粉泄漏和過熱,制動(dòng)器兩端設(shè)有密封件(如骨架油封);中高功率型號(hào)(如扭矩≥100N?m)需配備冷卻系統(tǒng),常見類型為 “自然冷卻”(低轉(zhuǎn)速、小扭矩場(chǎng)景)、“強(qiáng)制風(fēng)冷”(加裝風(fēng)扇,適配中轉(zhuǎn)速場(chǎng)景)或 “水冷”(高轉(zhuǎn)速、高扭矩場(chǎng)景,如冶金行業(yè)),避免磁粉因高溫失磁或結(jié)塊。