专利摘要
本实用新型公开了一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器，包括主动轴、从动壳体和从动轴，所述从动壳体的内腔呈球形；在从动壳体内设有呈球形的传动球体，传动球体的表面与从动壳体的内侧面之间填充有磁流变液；所述传动球体包括第一半球体和第二半球体，在第一半球体和第二半球体相邻的一侧面设有容置槽，在主动轴的两侧设有一传动轴，在传动轴上套设有一形状记忆合金弹簧，在容置槽的槽底还设有导向柱，在传动轴设有与导向柱同轴心线的导向孔，所述导向柱伸入导向孔内。本实用新型既能够通提高软启动装置传递的最大转矩，又能够保证软启动装置高温时的传动性能。
权利要求
1.一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器，包括主动轴、从动壳体和从动轴，所述从动壳体包括左壳体和右壳体，所述左壳体和右壳体固定连接；所述主动轴的一端穿过右壳体后伸入从动壳体内，并通过轴承与左壳体和右壳体相连，从动轴的一端与左壳体固定连接；在左壳体和右壳体连接处成型有线圈槽，在线圈槽内绕设有励磁线圈；在线圈槽内侧设有隔磁环，所述线圈由该隔磁环封闭在线圈槽内；其特征在于：所述从动壳体的内腔呈球形；在从动壳体内设有呈球形的传动球体，该传动球体具有沿其径向设置的轴孔，并通过该轴孔套设在主动轴上，且传动球体的表面与从动壳体的内侧面之间具有间隙，在该间隙内填充有磁流变液；
其中，所述传动球体包括第一半球体和第二半球体，且所述第一半球体和第二半球体分布于主动轴的两侧；在从动壳体内，绕第一半球体和第二半球体一周设有数块橡胶支撑块，在橡胶支撑块的作用下，第一半球体和第二半球体贴合在一起；
在第一半球体和第二半球体相邻的一侧面分别沿其径向设有一容置槽，且所述容置槽的轴向垂直于第一半球体和第二半球体相接触的侧面；在主动轴的两侧，对应容置槽的位置分别设有一传动轴，所述传动轴的轴向与容置槽的轴向一致，其一端与主动轴固定连接，另一端延伸至靠近容置槽的槽底；在传动轴上套设有一形状记忆合金弹簧，所述形状记忆合金弹簧的一端与主动轴固定连接，另一端与容置槽的槽底固定连接；
在容置槽的槽底还设有一与容置槽同轴心线的导向柱，在传动轴靠近容置槽槽底的一端，对应导向柱的位置设有与导向柱同轴心线的导向孔，所述导向柱的一端与容置槽的槽底固定连接，另一端伸入导向孔内，并与导向孔的侧壁形成滑动配合。
2.根据权利要求1所述的一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器，其特征在于：所述橡胶支撑块位于与传动球体同心的同一圆周上，且橡胶支撑块所在平面与主动轴的轴心线垂直。
3.根据权利要求2所述的一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器，其特征在于：所述橡胶支撑块呈弧形，其一侧与隔磁环紧贴，另一侧与传动球体紧贴。
4.根据权利要求1所述的一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器，其特征在于：在主动轴上，对应传动轴的位置开设有螺纹孔，所述螺纹孔沿主动轴的径向贯穿主动轴；所述传动轴与主动轴相连的一端具有与螺纹孔相配合的外螺纹，传动轴与主动轴通过螺纹配合相连在一起。
5.根据权利要求1所述的一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器，其特征在于：在传动球体的两侧分别设有一挡圈，在主动轴上，对应传动球体两侧的位置分别设有一卡槽，所述挡圈套设在主动轴上，并对应安装于两卡槽内。
6.根据权利要求1所述的一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器，其特征在于：在从动轴上还套设有电刷滑环，所述电刷滑环与从动轴固定连接，所述励磁线圈的两端与电刷滑环相连。
7.根据权利要求1所述的一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器，其特征在于：在左壳体或右壳体上设有一注液孔，在该注液孔内配合设有一注液螺塞。
8.根据权利要求1所述的一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器，其特征在于：所述轴承采用密封轴承。
9.根据权利要求1所述的一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器，其特征在于：在从动壳体的左端设有一闷盖，所述闷盖与左壳体固定连接，并将左壳体封闭；所述从动轴与该闷盖固定连接。
10.根据权利要求1所述的一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器，其特征在于：在从动壳体的右端设有一透盖，所述透盖套设在主动轴上，并与右壳体固定连接，在透盖与主动轴之间设有毛毡圈。
说明书
技术领域
本实用新型涉及动力传递技术领域，尤其涉及原动机和工作机之间的启动装置，具体来说，涉及一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器。
背景技术
传统的机械启动装置在启动的时候易产生机械冲击，影响机械装置的使用寿命，特别是在带负载启动的情况下，机械冲击更加明显。形状记忆合金是新型智能材料，具有一定初始形状的形状记忆合金在一定条件下进行一定程度的变形之后，通过适当地改变温度又会发生逆变形，使材料恢复成初始形状，在形状恢复的过程中，形状记忆合金若受到约束就会产生很大的回复力，利用其回复力可对外做功；磁流变液是能够在外加磁场作用下，从流体变为类似固体或凝胶状态的两相悬浮液，磁流变液的变化是可逆的，在外加磁场作用下，可磁极化颗粒形成偶极矩，使颗粒在平行于磁场方向形成类似链状或柱状结构，导致磁流变液的相态发生改变，磁流变液表观粘度增加，并表现出很高的屈服应力，利用该屈服应力可以传递转矩。
由于形状记忆合金和磁流变液的各自特点，使其在机械领域中具有广泛的应有前景。例如，CN103089863A公开的一种径向挤压式磁流变液制动器，该制动器在结构上相对来说比较简单，不仅能提供较大的制动力矩，而且还加强了装置的可靠性，减少了能耗。在CN105650148A公开的“基于磁流变液的车轮初减速制动器”，它通过在制动工作仓内设置磁流变液，并通过电磁线盘对磁流变液施加驱动磁场改变磁流变液粘度，从而使磁流变液对制动轮造成阻力，为高速状态下的制动初始段进行无磨损的制动减速；在CN103603891A公开的“多片式磁流变液电磁离合器”，它利用多片式结构，利用磁流变液作为介质充满电磁离合器的多个主、从动摩擦片间的间隙，形成多个磁流变液工作环面，间隙磁场强度大，分布合理，传递力矩大，可用较小励磁电流控制较大的传递功率，易于实现自动控制，保证接合和分离过程的平稳性；在CN202220651U公开的“形状记忆合金控制的发动机风扇”，它利用形状记忆合金弹簧来感温，实现对磁力大小的控制，进而控制风扇的风量。
对磁流变液在传动方面的应用研究越来越多，但磁流变液在通常条件下屈服应力较小，不能满足传递大功率动力的需要，通过挤压强化效应而提高磁流变液的屈服应力，从而提高其传递功率，而如何合理地应用挤压强化效应是目前磁流变液传动装置存在的难题；并且磁流变液随环境温度的升高性能会下降，不能满足在不同温度环境下的工作需求，而形状记忆合金的形状记忆效应可以用于弥补磁流变液在传动方面存在的缺陷。虽然研究人员对形状记忆合金和磁流变液在传动工程领域的单独应用作了大量研究，但是对于形状记忆合金和磁流变液在传动装置中的联合应用研究还很少。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的在于解决现有软启动装置传递的转矩较小，传递的效率低，高温下传动稳定性较差的问题，提供一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器，既能够通过离心力对工作间隙内的磁流变液进行加压，从而提高软启动装置传递的最大转矩；又能够通过记忆合金在协助传递转矩的软启动装置，从而保证软启动装置高温时的传动性能。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是这样的：一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器，包括主动轴、从动壳体和从动轴，所述从动壳体包括左壳体和右壳体，所述左壳体和右壳体固定连接；所述主动轴的一端穿过右壳体后伸入从动壳体内，并通过轴承与左壳体和右壳体相连，从动轴的一端与左壳体固定连接；在左壳体和右壳体连接处成型有线圈槽，在线圈槽内绕设有励磁线圈；在线圈槽内侧设有隔磁环，所述线圈由该隔磁环封闭在线圈槽内；其特征在于：所述从动壳体的内腔呈球形；在从动壳体内设有呈球形的传动球体，该传动球体具有沿其径向设置的轴孔，并通过该轴孔套设在主动轴上，且传动球体的表面与从动壳体的内侧面之间具有间隙，在该间隙内填充有磁流变液；
其中，所述传动球体包括第一半球体和第二半球体，且所述第一半球体和第二半球体分布于主动轴的两侧；在从动壳体内，绕第一半球体和第二半球体一周设有数块橡胶支撑块，在橡胶支撑块的作用下，第一半球体和第二半球体贴合在一起；
在第一半球体和第二半球体相邻的一侧面分别沿其径向设有一容置槽，且所述容置槽的轴向垂直于第一半球体和第二半球体相接触的侧面；在主动轴的两侧，对应容置槽的位置分别设有一传动轴，所述传动轴的轴向与容置槽的轴向一致，其一端与主动轴固定连接，另一端延伸至靠近容置槽的槽底；在传动轴上套设有一形状记忆合金弹簧，所述形状记忆合金弹簧的一端与主动轴固定连接，另一端与容置槽的槽底固定连接；
在容置槽的槽底还设有一与容置槽同轴心线的导向柱，在传动轴靠近容置槽槽底的一端，对应导向柱的位置设有与导向柱同轴心线的导向孔，所述导向柱的一端与容置槽的槽底固定连接，另一端伸入导向孔内，并与导向孔的侧壁形成滑动配合。
进一步地，所述橡胶支撑块位于与传动球体同心的同一圆周上，且橡胶支撑块所在平面与主动轴的轴心线垂直。
进一步地，所述橡胶支撑块呈弧形，其一侧与隔磁环紧贴，另一侧与传动球体紧贴。
进一步地，在主动轴上，对应传动轴的位置开设有螺纹孔，所述螺纹孔沿主动轴的径向贯穿主动轴；所述传动轴与主动轴相连的一端具有与螺纹孔相配合的外螺纹，传动轴与主动轴通过螺纹配合相连在一起。
进一步地，在传动球体的两侧分别设有一挡圈，在主动轴上，对应传动球体两侧的位置分别设有一卡槽，所述挡圈套设在主动轴上，并对应安装于两卡槽内。
进一步地，在从动轴上还套设有电刷滑环，所述电刷滑环与从动轴固定连接，所述励磁线圈的两端与电刷滑环相连。
进一步地，在左壳体或右壳体上设有一注液孔，在该注液孔内配合设有一注液螺塞。
进一步地，所述轴承采用密封轴承。
进一步地，在从动壳体的左端设有一闷盖，所述闷盖与左壳体固定连接，并将左壳体封闭；所述从动轴与该闷盖固定连接。
进一步地，在从动壳体的右端设有一透盖，所述透盖套设在主动轴上，并与右壳体固定连接，在透盖与主动轴之间设有毛毡圈。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
1、当主动轴逐步启动时，第一半球体和第二半球体在离心力的作用下挤压工作间隙中的磁流变液，工作间隙内的磁流变液就会受到挤压而产生挤压强化效应，并且磁流变液的挤压强化效应随主动轴转速的增大而增强，提高了软启动装置的传递最大转矩。
2、整体结构简单，将磁流变液工作区域设计为球形间隙，大大增加了磁流变液的作用面积，从而大大提高了离合器能传递的最大转矩，有效提高了传递效率；在传递同样转矩时，具有球形间隙的磁流变液软启动器具有更紧凑的结构、更小的转动惯量，有利于软启动时的快速响应。
3、当温度升高使磁流变液的传递性能下降时，第一半球体和第二半球体与主动轴之间由形状记忆合金制成的弹簧在热效应的作用下产生回复力推动第一半球体和第二半球体沿着主动轴径向挤压磁流变液，使磁流变液的挤压强化效应加强，这样就保证了软启动装置在不同温度条件的传动性能，使软启动装置的传递性能更加稳定可靠。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为图1中A-A向的剖面图。
图3为图1中局部B的放大图。
图4为转矩与转速的关系图。
图中：1—主动轴，2—从动轴，3—左壳体，4—右壳体，5—励磁线圈，6—隔磁环，7—第一半球体，8—第二半球体，9—磁流变液，10—橡胶支撑块，11—传动轴，12—形状记忆合金弹簧，13—导向轴，14—电刷滑环，15—挡圈，16—注液螺塞，17—闷盖，18—透盖。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例：参见图1至图4，一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器，包括主动轴1、从动壳体和从动轴2。所述从动壳体包括左壳体3和右壳体4，所述左壳体3和右壳体4固定连接。所述主动轴1的一端（左端）穿过右壳体4后伸入从动壳体内，并通过轴承与左壳体3和右壳体4相连；从动轴2的一端（右端）与左壳体3固定连接。具体实施时，所述轴承采用密封轴承；从而避免能够使从动壳体内部密封效果更好。在从动壳体的左端设有一闷盖17，所述闷盖17与左壳体3固定连接，并将左壳体3封闭；所述从动轴2与该闷盖17固定连接，为提高从动轴2与闷盖17的强度和连接稳定性，从动轴2与闷盖17成型为一体。装配过程中，主动轴1和从动轴2以及从动壳体同轴心线设置，从而能够保证整个软启动器的工作稳定性。在从动壳体的右端设有一透盖18，所述透盖18套设在主动轴1上，并与右壳体4固定连接，在透盖18与主动轴1之间设有毛毡圈。通过设置闷盖17和透盖18，并利用毛毡圈将透盖18与主动轴1之间的间隙密封，从而能够进一步提高从动壳体的密封效果。在左壳体3和右壳体4连接处成型有线圈槽，在线圈槽内绕设有励磁线圈5；在线圈槽内侧设有隔磁环6，所述线圈由该隔磁环6封闭在线圈槽内。实施时，在从动轴2上还套设有电刷滑环14，所述电刷滑环14与从动轴2固定连接，所述励磁线圈5的两端与电刷滑环14相连；这样，更便于励磁线圈5的接线及安装。
所述左壳体3和右壳体4均为半球形壳体，左壳体3和右壳体4相连后，所述从动壳体的内腔呈球形。在从动壳体内设有呈球形的传动球体，该传动球体具有沿其径向设置的轴孔，并通过该轴孔套设在主动轴1上，且传动球体的表面与从动壳体的内侧面之间具有间隙，其中，传动球体的表面与从动壳体的内侧面之间的间隙大小一致。在传动球体的两侧分别设有一挡圈15，在主动轴1上，对应传动球体两侧的位置分别设有一卡槽，所述挡圈15套设在主动轴1上，并对应安装于两卡槽内；从而实现对传动球体的轴向定位。在该间隙内填充有磁流变液9；在左壳体3或右壳体4上设有一注液孔，在该注液孔内配合设有一注液螺塞16，从而便于磁流变液9的注入和更换等。
其中，所述传动球体包括第一半球体7和第二半球体8，且所述第一半球体7和第二半球体8分布于主动轴1的两侧；在第一半球体7和第二半球体8相邻的一侧面，对应主动轴1的位置分别设有一弧形槽，当第一半球体7和第二半球体8贴合时，两弧形槽配合形成轴孔。在从动壳体内，绕第一半球体7和第二半球体8一周设有数块橡胶支撑块10，在橡胶支撑块10的作用下，第一半球体7和第二半球体8贴合在一起。具体实施时，所述橡胶支撑块10位于与传动球体同心的同一圆周上，且橡胶支撑块10所在平面与主动轴1的轴心线垂直；这样，使橡胶支撑块10第一半球体7和第二半球体8的支撑效果更好。为进一步提高支撑效果，所述橡胶支撑块10呈弧形，其一侧与隔磁环6紧贴，另一侧与传动球体紧贴。
在第一半球体7和第二半球体8相邻的一侧面分别沿其径向设有一容置槽，且所述容置槽的轴向垂直于第一半球体7和第二半球体8相接触的侧面。在主动轴1的两侧，对应容置槽的位置分别设有一传动轴11，所述传动轴11的轴向与容置槽的轴向一致，其一端与主动轴1固定连接，另一端延伸至靠近容置槽的槽底。具体实施时，在主动轴1上，对应传动轴11的位置开设有螺纹孔，所述螺纹孔沿主动轴1的径向贯穿主动轴1；所述传动轴11与主动轴1相连的一端具有与螺纹孔相配合的外螺纹，传动轴11与主动轴1通过螺纹配合相连在一起；这样，传动轴11的安装更加方便、快捷，并且稳定性更好。在传动轴11上套设有一形状记忆合金弹簧12，所述形状记忆合金弹簧12的一端与主动轴1固定连接，另一端与容置槽的槽底固定连接。
在容置槽的槽底还设有一与容置槽同轴心线的导向柱13，在传动轴11靠近容置槽槽底的一端，对应导向柱13的位置设有与导向柱13同轴心线的导向孔，所述导向柱13的一端与容置槽的槽底固定连接，另一端伸入导向孔内，并与导向孔的侧壁形成滑动配合。
工作时，励磁线圈5通电产生磁场作用于磁流变液9，使磁流变液9固化，固化后的磁流变液9与传动球体以及从动壳体表面摩擦增大，当主动轴1转动时，主动轴1输出的转矩通过固化后的磁流变液9传递到从动壳体，再通过从动壳体传递到从动轴2，从而带动从动轴2转动；由于从动壳体与传动球体之间的间隙为球形间隙，从而大大增大了磁流变液9与从动壳体和传动球体的接触面积，使摩擦力大大增加，进而使传递的转矩大大增加。
工作过程中：
1、初始状态，软启动器温度低于某一温度（如60℃）时，形状记忆合金弹簧12未发生形变，在橡胶支撑块10的支撑作用下，第一半球体7和第二半球体8保持初始位置，即紧贴在一起；励磁线圈5未通电，依靠磁流变液9零磁场的粘性力传递的转矩，不能带动从动轴2转动。
2、软启动启动器与原动机同时启动，即励磁线圈5通电后，产生磁场作用于磁流变液9，使其产生流变效应（固化），剪切应力显著增大，主动轴1开始传递转矩，从动轴2转速开始逐渐增大，并且由于磁流变液9工作间隙的形状呈球形，从而增大了磁流变液9的作用面积，由此增大了软启动器传递的转矩。
3、随着从动轴2转动加快，第一板球体和第二半球体8在离心力的作用下沿着主动轴1径向方向挤压磁流变液9，由于此时的磁流变液9已经固化，因此，磁流变液9受到挤压而产生挤压强化效应，从而提高了传递效率；并且软启动器转速越高性能越好（传递转矩越大），适合高速大转矩软启动场合的应用。
4、软启动器传动过程中温度逐渐升高，当磁流变液9的温度达到失效的临界值（如100℃）时，磁流变液9的性能显著下降，此时形状记忆合金弹簧12在热效应的作用下伸长协助推动第一板球体和第二半球体8，增强了第一板球体和第二半球体8对磁流变液9的挤压力，从而进一步磁流变液9的挤压强化效应更加明显，这样弥补了磁流变液9性能的下降，从而保证了软启动装置在高温时的传动性能，使软启动装置的传递性能更加稳定可靠。
作为一种具体实施方式：
磁流变液在离心力的挤压下产生挤压强化效应，假设第一半球体和第二半球体的质量为0.22kg，质心半径为0.01m，半球体半径0.025m；未挤压磁流变液剪切屈服应力为43kPa。转速与挤压剪切屈服应力的关系如表1所示，外加磁场强度为100kAmp/m，转速从0rpm增加到5000rpm之间时，离心力产生的挤压应力从1.67kPa增加到166.94kPa，磁流变液最大剪切屈服应力及传递转矩随着转速增大而增大。相较于未挤压时的剪切应力43kPa，转速为5000rpm时的剪切应力为88.84kPa。软启动装置传递的转矩理论值如图4所示，未挤压时的传递的转矩6.2N
表1 转速与挤压剪切屈服应力的关系
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
一种基于半球体离心挤压的磁流变软启动器专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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