1 浙江科技学院 机械与能源工程学院，浙江杭州30023
2 台州学院 航空工程学院，浙江台州318000
为解决现有医用钛合金接骨螺钉结构复杂、尺寸不一、表面毛刺较多等抛光难点，提出了一种新的抛光方法——滚筒式超声-磁流变复合抛光，并自主设计了滚筒式超声-磁流变复合抛光装置。该装置采用三磁极励磁结构的电磁铁励磁方式，通过理论计算与Maxwell仿真分析确定该励磁装置结构尺寸与线圈参数。搭建滚筒式超声-磁流变复合抛光实验平台，开展励磁电流单因素抛光实验，对抛光装置中磁流变液磁感应强度进行测试，并与仿真结果进行对比。当电磁铁励磁装置N极宽度为35 mm，线圈匝数为1 080匝，线径为1.25 mm时，可通入线圈的最大电流为5 A，抛光区域可形成良好的磁路特征，磁场分布可形成磁流变抛光区与磨粒更新区，磁流变抛光区磁感应强度最高可达0.57 T。滚筒内抛光区域磁流变液磁感应强度的测试值小于仿真值。抛光前后工件表面粗糙度变化率随励磁电流的增大先升高后降低，当电流为4 A时，表面粗糙度由1.39 μm降至0.435 μm，此时表面粗糙度变化率取得最大值68.7%。三磁极励磁结构的电磁铁励磁装置磁感应强度能够满足磁流变液在抛光时对磁场的要求，有效抛光区域较大。
磁流变抛光 励磁装置 超声振动 接骨螺钉 有限元 magnetorheological finishing excitation device ultrasonic vibration medical bone screws finite element analysis 光学 精密工程
2022, 30(18): 2219
1 浙江师范大学工学院, 浙江 金华 321004
2 浙江飞亚电梯有限公司技术部, 浙江 金华 321002
本文设计了一种基于挤压-剪切混合模式磁流变离合器, 建立了用于测试其传动性能的实验装置。首先, 介绍了磁流变离合器的工作原理; 接着, 利用ANSYS有限元仿真分析软件分析了磁路的磁感应强度分布特性; 最后, 搭建了磁流变离合器的传动性能实验测试装置, 测试了磁流变离合器的静态传动性能和动态响应特性。实验结果表明: 转速对磁流变离合器的转矩影响不明显, 而电流和挤压应力对磁流变离合器转矩的影响比较大, 转矩随电流及挤压应力的增加而增加; 在1.0 A的电流和40 r/min的转速下, 挤压应力为150 kPa时, 挤剪式磁流变离合器的转矩可达到146 Nm, 比剪切模式下的磁流变离合器转矩提高了约6.6倍; 响应时间常数先随电流（电流小于0.6 A）的增加而减小, 而后受电流影响不明显; 响应时间随挤压应力和转速的增加而下降; 总体接合响应时间在77 ms以内。所研制的基于挤压-剪切混合模式的磁流变离合器传动性能良好, 控制灵敏。
磁流变液 离合器 挤剪式 转矩 响应时间 magnetorheological fluid clutch compression-shear mode torque response time
浙江师范大学 精密机械研究所, 浙江 金华 321004
随着微纳器件应用领域的日益拓展, 微能源技术受到国内外研究人员的高度关注和重视, 其中利用涡激振动进行流体能量收集是主要的研究热点。本文首先介绍了基于涡激振动的流体能量收集原理, 归纳了涡激振动式微流体俘能器的典型结构、原理、特性和应用情况。其次, 总结了国内外基于尾涡致动和钝体致振这两种主要涡激振动流体俘能技术的发展概况与研究进展, 并简述了涡激振动压电式俘能器流固耦合数学模型的研究现状。最后, 指出涡激振动能量收集尚缺乏统一的数学模型以及现有的俘能器存在结构可靠性低、稳定性较差等问题。在此基础上, 分析了利用涡激振动实现流体能量收集接下来的发展趋势, 以期推动涡激振动式微流体俘能器的进一步发展与应用。
流体能 涡激振动 俘能器 压电 Fluid energy vortex-induced vibration energy harvester piezoelectricity
1 浙江师范大学 数理与信息工程学院, 浙江 金华 321004
2 浙江师范大学 精密机械研究所, 浙江 金华 321004
提出一种基于圆弧限位压电发电装置来提高发电能力及可靠性。介绍了该装置的结构及工作原理, 建立了其机电能量转换模型。通过模拟仿真分析获得了压电振子厚度比(基板与总厚度比)对最小限位圆弧半径及能量、及压电振子厚度和限位圆弧半径对电压及能量的影响规律。结果表明, 最小限位圆弧半径随厚度比的增加而线性减小, 且存在共同的最佳厚度比(0.35)使不同厚度压电振子的输出电压和能量最大; 在最佳厚度比时, 输出电压和能量随压电振子厚度增加或限位圆弧半径降低而增加。制作了一组限位圆弧半径不等的发电装置, 并进行了相关试验测试。结果表明, 压电振子的最大输出电压(变形量)仅与限位圆弧半径有关, 故采用最小限位圆弧半径可同时获得最大的发电能力和较高的可靠性。
压电发电装置 能量转换 限位圆弧 piezoelectric energy generator energy conversion deflection-limiting circular arc
为研究磁流变液在不同磁场作用下的挤压与拉伸力学性能，建立了用于测试磁流变液挤压与拉伸特性的实验装置，并通过ANSYS/Multiphysics对此实验装置磁路的磁感应强度分布进行了仿真分析。利用此装置研究了磁流变液在不同外加磁场强度下的挤压和拉伸特性，并建立了拉伸屈服应力与剪切屈服应力之间的关系。挤压实验表明，磁流变液在挤压应变约为0.15时具有最小的压缩弹性模量；当挤压应变大于0.15时，挤压应力和挤压弹性模量与挤压应变表现为指数关系，且指数随着外加磁场的增大呈上升趋势。拉伸屈服应力约为剪切屈服应力的4倍，据此计算得到的剪切屈服应变角在13.8~16.9°，验证了物理模型对磁流变液剪切应力描述的合理性。
磁流变液 挤压应力 拉伸屈服应力 剪切屈服应变角 MR fluids compressive stress tensile yield stress shear yield angle
