1.2.1 工作原理

如图1.11所示，旋转式磁流变液制动器主要有圆盘式、圆柱式和圆筒式三种结构形式。圆盘式结构简单、反应速度快，输出端转动惯量小，控制精度高，但磁流变液分布易受离心力影响，动力稳定性相对较差；圆柱式结构简单，磁流变液分布较为均匀，离心力作用小，性能稳定，但尺寸较大、响应慢；圆筒式在半径方向为双层间隙，传递扭矩较大，但结构复杂，安装加工不便。此外，为了提高圆盘式磁流变液制动器的输出力矩，减小制动器的整体尺寸，同时能够有效分散摩擦热量以减轻散热方面的压力，进而开发了如图1.11d所示的多盘式磁流变液制动器。

图1.11 旋转式磁流变液制动器主要结构形式

以单盘式磁流变液制动器为分析对象，其基本结构如图1.12所示，主要由剪切盘、外壳、转轴、隔磁环、励磁线圈、磁流变液和磁路通道等部分组成。磁流变液充满于由外壳、剪切盘和轴包围形成的间隙中，制动器工作区域的形状是由剪切盘的内、外径包围的圆环，圆环的两个剪切面均与转轴垂直。励磁线圈不通电时，只有磁流变液的黏滞阻尼产生较小的阻尼力矩，此时磁流变液制动器处于非工作状态；当励磁线圈通电后，磁流变液发生磁流变效应，磁性颗粒呈链状分布并垂直于剪切盘，以此产生较大的阻尼力矩[43]。

图1.12 单盘式磁流变液制动器结构原理图

图1.13为剪切盘局部示意图，在剪切作用区域半径r处，剪切应变率的表达式为

式中，ω为角速度；h为工作间隙宽度。

图1.13 剪切盘局部示意图

采用微元法分析得到磁场作用下剪切盘单面产生的制动力矩T₀为

式中，R₂、R₁分别为剪切盘有效工作外半径和内半径。

则单盘式磁流变液制动器产生的总制动力矩T_all为

由式（1.10）可知，总制动力矩由两部分构成：第一部分T_B是由随磁场强度变化的磁致剪切应力所提供，这部分可通过励磁线圈电流进行控制，是制动力矩的主要组成部分；第二部分T_η是磁流变液的黏滞力矩，是制动力矩中不可控制的部分，其实际大小受制动器结构尺寸和磁流变液材料参数影响。