電流變流體粘性和屈服應力可用外加電場加以控製。電流變流體的應用領域很廣泛，在工程應用方麵包括液壓工程、汽車製造工業、機器人係統
、流體密封領域等。其在汽車製造工業中，可用於汽車發動機冷卻風扇的調速離合器
、傳動離合器、阻尼可控的減振器或計算機控製是懸掛係統等。采用ER技術設計製造的汽車零部件，具有性能優良、無磨損、壽命長、製造工藝性好、成本低的特點
，而且可直接用計算機控製，無需接口。采用ER技術的汽車在未來市場競爭中具有明顯的優勢。電流變傳動的自動控製係統由三部分組成，即機械傳動機構
、計算機檢測與控製裝置和電流變流體。

1、機構工作原理

圖1suoshiweiyuanpanshidianliubianchuandongjigougongzuoyuanlitu。zhongjianpanhexinzhoulianzaiyiqi，xinzhouzuoduanyoubudidianji，xinzhouyouduanjiefuzai，zuoyouduangetaoyigeyuanpan，zuoyouyuanpanhezhongjianpanjianchongman ERF。本實驗中ERF選用哈爾濱工業大學複合材料研究所研製的HITL2型ERF，外加電場由電子開關控(kong)製(zhi)。輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)由(you)芯(xin)軸(zhou)左(zuo)端(duan)進(jin)電(dian)機(ji)提(ti)供(gong)。由(you)於(yu)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)很(hen)小(xiao)，而(er)芯(xin)軸(zhou)右(you)端(duan)接(jie)有(you)負(fu)載(zai)，所(suo)以(yi)芯(xin)軸(zhou)轉(zhuan)動(dong)不(bu)起(qi)來(lai)。這(zhe)時(shi)由(you)導(dao)步(bu)電(dian)機(ji)帶(dai)動(dong)左(zuo)右(you)圓(yuan)盤(pan)以(yi)大(da)小(xiao)相(xiang)等(deng)、方向相反的轉速ΩL、ΩR旋轉，將需要加高壓電源的一側的電子開關合上(如要增加力矩
，則合上左側的電子開關)，此時圓盤和中間盤間的ERFhuichanshengzhongliubianxiaoying
，tongguoyuanpanjiangchanshengdefujialijuchuandigeizhongjianpanshuchu。zhongjianpandezhoudezuoduanshuruweixiaodejixiekongzhixinhao，youduankeyishuchudadeliju
，dianchangshizuopanhuoyoupanyuzhongjianpanzhijiandeERF粘度變稠，產生大的剪切應力，從而使中間盤克服負載力矩，按輸入信號轉動。這就是雙圓盤式電流變傳動機構的工作原理。
 

圖1：電流變傳動機構工作原理圖

2、係統理論模型

ERF在無外加電場作用時表現為牛頓流體。在有外加電場作用下表現為接近Bingham流體，在低應變率下
，具有粘彈性能。在高電場下，是具有高屈服應力的粘塑性體。 其本構方程為： τ=τy+ηplγ (1) 其中
，τ為流體流動產生的剪切應力
，τy是在電場作用下，電流變流體逐漸固化或稠化所產生的屈服應力
，γ是剪切速率。

屈服應力與外加電場的關係為： τy=AE2=A(U/h)2 (2) 電流變效應產生的剪切應力使從動盤獲得力矩Me。這個電流變力矩Me與τy
、ηpl、左盤和右盤的轉速差ΔΩ、圓盤間的間距h、圓盤有效麵積的內外圓半徑r1和r2的關係如下式所示：

由式(2)知，剪切力矩和外加電壓間呈非線性關係。 這裏假設它們的關係為冪次關係

，如下式所示：

其中
，α0、α1
、α2由實驗獲得
，U=1kV。這是為了使係數量綱一致，且都為力矩量綱。

3
、傳動機構測控係統的構建

控製
、分析和檢測采用NI虛擬儀器係統由計算機自動進行。在實驗中，采用多功能數據采集板PCI-MIO-16E-1、SCXI信號調理係統、溫度及電壓測量儀和動態信號分析儀NI-4552等對數據進行采集和分析
，采用任意波形發生器PCI-5411
、接線端子UMI和電機控製板 Flexmotion-6C等對步進電機進行控製，整個係統由軟件平台LabView編寫的程序進行管理。由步進電機輸入不同的運動信號，由異步電機產生剪切場。圖3是采用LabView編寫的NI虛擬儀器控製程序。通過實驗得到的結果分析圓盤式電流變傳動裝置的動態性能。 zaijinxingdianliubianchuandongxingnengdeshiyanyanjiuzhong，liyongbujindianjishixianbianxinhaoshuru，tongguokongzhiyibudianjidezhuansulaitiaojiejianqiesulv，zaigaoyadianliushuchugaoyadetongshi，caijidianliubianchuandongzhuangzhideshuru
、輸出轉矩和轉速的信號。裝置的輸出端利用木頭輪和簧片磨擦來模擬負載。

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4、實驗結果

在交流電場作用下
，對於本實驗所采用的ERF
，其(qi)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)流(liu)變(bian)效(xiao)應(ying)比(bi)在(zai)直(zhi)流(liu)電(dian)場(chang)作(zuo)用(yong)下(xia)要(yao)強(qiang)
，屈(qu)服(fu)應(ying)力(li)也(ye)相(xiang)應(ying)要(yao)大(da)。隨(sui)著(zhe)外(wai)部(bu)施(shi)加(jia)電(dian)壓(ya)的(de)增(zeng)大(da)，電(dian)流(liu)變(bian)傳(chuan)動(dong)裝(zhuang)置(zhi)的(de)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)矩(ju)也(ye)有(you)一(yi)定(ding)的(de)增(zeng)大(da)，如(ru)圖(tu)4、5所示。 當環境溫度為18.9℃、外加電壓為交流3kV
、主動盤的轉速為60r/m時，步進電機的輸出按圖6所示的任意波形變化，得到的電流變傳動的輸入轉矩和輸出轉矩如圖7所示。裝置的輸入轉矩隨步進電機的輸出轉速信號的變化而變化，而輸入轉矩信號與負載相關，隨負載的變化而產生波動。

圖4：兩種性質電壓對輸出轉矩的影響

圖5：交流電場的變化對輸出轉矩的影響

主動盤的旋轉是給電流變流體產生一個旋轉剪切場。當環境溫度為18.6℃、外加3kV的直漢電壓
、並撤去步進電機的輸入時，調節異步電機的轉速
，從而挖掘電流變傳動裝置的主動盤的轉速，得到圖6所示的結果。

從圖8可以看出，隨著電流變傳動裝置的主動圓盤轉速的增大
，其輸出轉矩也隨之增大。在主動盤轉速較低時
，其變化對輸出轉矩的影響較小;而當主動盤轉速較高時，其變化對輸出轉矩的影響就比較明顯。 根據(4)式及實驗所得數據，轉矩Me擬合的曲線如圖7所示

，其中α0為0.0611，α1為-0.02732，α2為0.00577。

 
圖7：主動盤轉速的變化對電流變傳動裝置的影響

圖8：輸出轉矩與外加電壓的關係
 

通過以上分析，可得出如下結論：

(1)對本實驗所設計的圓盤式電流變傳動裝置

，選用一種電流變流體後，其傳動特性隻與外加電場有關。
(2)HITL2型xing電dian流liu變bian流liu體ti在zai交jiao流liu電dian場chang作zuo用yong下xia，其qi電dian流liu變bian效xiao應ying比bi在zai直zhi流liu電dian場chang作zuo用yong下xia要yao強qiang。並bing且qie，隨sui著zhe外wai加jia電dian場chang的de增zeng大da
，電dian流liu變bian效xiao應ying所suo產chan生sheng的de屈qu服fu應ying力li也ye隨sui之zhi增zeng大da。
(3)電dian流liu變bian傳chuan動dong裝zhuang置zhi的de輸shu出chu轉zhuan矩ju的de曲qu線xian是shi波bo動dong的de。因yin為wei負fu載zai是shi變bian化hua的de
，輸shu出chu轉zhuan矩ju要yao與yu負fu載zai相xiang匹pi配pei，因yin此ci輸shu出chu轉zhuan矩ju也ye應ying隨sui著zhe負fu載zai的de變bian化hua而er變bian化hua，即ji呈cheng波bo形xing狀zhuang態tai。
(4)電流變傳動裝置的輸入轉矩是跟退步進電機的轉速信號，但有一定的滯後
，因為在機構中使用了彈性聯軸器。
(5)對電流變的控製，采用雙主動圓盤的機械結構，使剪切速變對傳動力矩的影響可以忽略不計。隻要控製電場就能控製電流變傳動裝置。

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