一种磁流变橡胶智能滑动轴承结构及其制造与控制方法技术

本发明专利技术涉及一种磁流变橡胶智能滑动轴承结构及其制造与控制方法，属于智能滑动轴承领域。该智能滑动轴承主要由轴承座、轴承盖、磁流变橡胶轴套、导磁轴、自感知组件、控制组件构成。本发明专利技术具有界面接触力原位自感知能力和磁控摩擦特性，能够自动在线测量轴套

A magnetorheological rubber intelligent sliding bearing structure and its manufacturing and control method

【技术实现步骤摘要】
一种磁流变橡胶智能滑动轴承结构及其制造与控制方法


[0001]本专利技术属于智能滑动轴承领域，涉及一种磁流变橡胶智能滑动轴承结构及其制造与控制方法。

技术介绍

[0002]滑动轴承是各类装备传动系统的关键重要部件，其在复杂环境工作时滑动轴承材料与轴不可避免地会发生摩擦、磨损，轻则降低机械装备寿命，增大能耗，增大滑动轴承材料损失，重则损坏机械装备、造成重大的经济损失，产生人员伤亡。
[0003]各种不同配方、不同类型的以橡胶为主要材料的滑动轴承，因具有与吸振能力强、抗冲击性能优良、不污染环境、经济社会效益好等优点，在国防军工民用舰船等领域有着十分重要的战略意义和现实意义。因此许多研究人员开始着手研究橡胶滑动轴承在工作时的摩擦、磨损，以求开辟新的方向。
[0004]橡胶滑动轴承的结构设计是橡胶滑动轴承减摩抗磨的重要一环，有学者专利技术了螺旋槽结构的橡胶合金轴承，相较于普通直槽结构橡胶合金轴承更容易形成弹性流体动压润滑，降低摩擦磨损，但忽视了橡胶滑动轴承在复杂环境下受力不均匀的情况。为了实现橡胶滑动轴承的运行状态的实时测量，有学者设计了变曲面测量为平面测量的传感器结构，用以实时监控滑动轴承磨损的传感器，但并未实现滑动轴承的原位自感知传感测量。
[0005]目前，传统橡胶滑动轴承因轴套材料性能及摩擦参数不可调，带来磁流变橡胶轴套与导磁轴力学接触状态和摩擦振动特性难测量、不可控、降噪与耐磨能力不足等问题，仍然制约着橡胶滑动轴承性能的提升。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种磁流变橡胶智能滑动轴承结构及其制造与控制方法，提供一种一方面能对橡胶滑动轴承轴套与导磁轴接触摩擦时的全域三维力实现自感知，另一方面能通过外场自适应调节橡胶滑动轴承轴套与轴表面接触参数，增加润滑，实现减摩抗磨的一种橡胶智能滑动轴承设计方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种磁流变橡胶智能滑动轴承结构，包括固定设置的磁流变橡胶轴套、转动设置在所述磁流变橡胶轴套内且与其间隙配合的导磁轴、设置在所述磁流变橡胶轴套内的自感知组件以及设置在所述磁流变橡胶轴套外的控制组件；所述控制组件包括沿所述磁流变橡胶轴套的周向及轴向呈阵列排布的i*j个独立控制的励磁线圈与集成在每个励磁线圈上的控制单元；所述控制组件接收所述自感知组件的传感信号，并自适应调整各个励磁线圈的励磁电流以调整磁流变橡胶轴套与导磁轴之间的接触应力。将磁流变橡胶轴套与导磁轴的接触表面分为若干个不同的行列接触区域，并将i*j个独立励磁线圈以阵列分布的形式固定在相应接触区域，精准调控磁流变橡胶轴套与导磁轴的接触参数。
[0009]磁流变橡胶袖套主体材料为改性导电磁流变橡胶，拥有结构模量与表面接触参数
受磁场调控的特性，自感知组件由磁流变橡胶轴套的内的若干个聚合物柔性传感单元组成，用于实时感知磁流变橡胶袖套与导磁轴界面接触的全域三维力，实现在线传感测量。
[0010]可选的，所述自感知组件为嵌入设置在所述磁流变橡胶轴套内的若干个聚合物柔性传感单元，用于实时感知磁流变橡胶轴套与所述导磁轴之间界面接触的全域三维应力并实现在线传感测量。当磁流变橡胶轴套与导磁轴接触发生挤压、剪切或拉伸变形时，该传感单元能对磁流变橡胶轴套与导磁轴的干摩擦、边界润滑和混合润滑接触状态进行全域实时测量，并将电信号通过铜膜导线传递至控制单元处理。自感知组件在制作时嵌入磁流变橡胶轴套内，用于原位自主感知磁流变橡胶袖套
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导磁轴的全域接触状态，对磁流变橡胶袖套与导磁轴的接触三维力进行全域在线自动测量，将接触表面参数变化传送至控制单元。
[0011]可选的，所述聚合物柔性传感单元以聚对苯二甲酸乙二醇酯作为衬底材料，以铜膜作为电极材料，以铁纳米线敏感单元作为传感片，并通过两侧的PDMS凸起层嵌入设置在所述磁流变橡胶轴套内。
[0012]可选的，所述聚合物柔性传感单元表面几何形状呈圆形平面形状、正方形平面形状、三角形平面形状或圆角矩形平面形状。
[0013]可选的，所述铁纳米线敏感单元呈矩阵式布置在每个聚合物柔性传感单元内。
[0014]可选的，所述磁流变橡胶轴套由PDMS、软磁颗粒、柔性敏感导电材料构成，其中软磁颗粒为羰基铁粉、羰基镍粉、羰基钴粉中的多种或者一种，柔性敏感导电材料为铁纳米线、碳纳米管、石墨粉的多种或者一种。
[0015]可选的，还包括用于固定所述磁流变橡胶轴套的轴承座及轴承盖，所述轴承座与所述轴承盖可拆卸连接。其中底部的轴承座和顶部的轴承盖将磁流变橡胶轴套贴合在中间。
[0016]可选的，控制组件的控制策略为基于模型的自适应预测控制，结合不同接触力对磁流变橡胶轴承对应区域输出参数的不同控制需求，考虑磁流变橡胶轴承的时滞、界面切向/法向接触力的快速变化等约束条件对磁流变橡胶轴承的不同特征区域阵列施加对应线圈磁场调控，控制组件控制策略包含：预测模型、有限时域滚动优化、反馈校正。
[0017]一种磁流变橡胶智能滑动轴承的制造方法，用于制备上述的磁流变橡胶智能滑动轴承结构，包括以下步骤：
[0018]制备自感知组件：采用聚对苯二甲酸乙二醇酯作为衬底材料的三层式柔性三维力传感器嵌入在3D打印的模具板组装的滑动轴承材料模具中，选用铜膜作为柔性三维力传感器的导线引出；
[0019]制备磁流变橡胶轴套：将PDMS
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A组分、铁纳米线、羰基铁粉按一定质量比混合并机械搅拌均匀，加入PDMS
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B组分并充分搅拌后，放入真空干燥箱中进行真空抽离气泡处理，取出后倒入模具中固化成型；
[0020]安装励磁线圈：将控制单元置于励磁线圈中，将其与嵌入的柔性三维力传感器通过铜膜导线连接并固定在磁流变橡胶轴套外围。
[0021]一种磁流变橡胶智能滑动轴承的控制方法，应用上述的磁流变橡胶智能滑动轴承结构，包括以下步骤：
[0022]将导磁轴与磁流变橡胶轴套各接触区域法向力/法向位移、切向力/切向位移、刚度及其时变信息设为状态变量，作为预测模型控制器的输入数据；
[0023]将轴承摩擦振动动力学系统改写成离散化状态方程，并设置由各区域质量、刚度、阻尼向量确定的正定权矩阵，体现系统自由度特征对控制器的影响；
[0024]设置系统各接触区域采样周期、滞后时间步数、预测长度、结构半正定权矩阵、结构正定权矩阵、理想状态向量参数；
[0025]建立轴承摩擦控制结构预测模型，通过有限时域滚动优化反映受控结构性能指标，最终获取轴承摩擦振动系统在每一时刻的最优控制作用力；
[0026]采用粒子群智能优化算法，将各区域激励/结构参数设为粒子，考虑轴承整体减摩减振全局最优目标，结合工况激励及结构参数的约束条件；
[0027]实时调整各接触区域对应的控制器阀值以及磁流变橡胶驱动线圈的磁控参数，达到整体自适应的全局智能预测控制效果。
[0028]本专利技术的有益效果在于：
[0029]1、本专利技术所公开的磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁流变橡胶智能滑动轴承结构，其特征在于：包括固定设置的磁流变橡胶轴套、转动设置在所述磁流变橡胶轴套内且与其间隙配合的导磁轴、设置在所述磁流变橡胶轴套内的自感知组件以及设置在所述磁流变橡胶轴套外的控制组件；所述磁流变橡胶轴套与导磁轴的接触表面被分为若干个不同的行列接触区域，并将i*j个独立励磁线圈以阵列分布的形式固定在相应接触区域外部；所述控制组件包括沿所述磁流变橡胶轴套的周向及轴向呈阵列排布的i*j个独立控制的励磁线圈与集成在每个励磁线圈上的控制单元；所述控制组件接收所述自感知组件的传感信号，并自适应调整各个励磁线圈的励磁电流以调整磁流变橡胶轴套与导磁轴之间的接触应力。2.根据权利要求1所述的磁流变橡胶智能滑动轴承结构，其特征在于：所述自感知组件为嵌入设置在所述磁流变橡胶轴套内的若干个聚合物柔性传感单元，用于实时感知磁流变橡胶轴套与所述导磁轴之间界面接触的全域三维应力并实现在线传感测量。3.根据权利要求2所述的磁流变橡胶智能滑动轴承结构，其特征在于：所述聚合物柔性传感单元以聚对苯二甲酸乙二醇酯作为衬底材料，以铜膜作为电极材料，以铁纳米线敏感单元作为传感片，并通过两侧的PDMS凸起层嵌入设置在所述磁流变橡胶轴套内。4.根据权利要求2所述的磁流变橡胶智能滑动轴承结构，其特征在于：所述聚合物柔性传感单元表面几何形状呈圆形平面形状、正方形平面形状、三角形平面形状或圆角矩形平面形状。5.根据权利要求3所述的磁流变橡胶智能滑动轴承结构，其特征在于：所述铁纳米线敏感单元呈矩阵式布置在每个聚合物柔性传感单元内。6.根据权利要求1所述的磁流变橡胶智能滑动轴承结构，其特征在于：所述磁流变橡胶轴套由PDMS、软磁颗粒、柔性敏感导电材料构成，其中软磁颗粒为羰基铁粉、羰基镍粉、羰基钴粉中的多种或者一种，柔性敏感导电材料为铁纳米线、碳纳米管、石墨粉的多种或者一种。7.根据权利要求1所述的磁流变橡胶智能滑动轴承结构，其特征在于：还包括用于固定所述磁流变橡胶轴套的轴承座及轴承盖，所述轴承座与所述轴承盖可拆卸连接。8.根据权利要求1所述的磁流变橡胶智能滑动轴承结构，其特征在于：控制组件的控制策略为基于模型的自适应预测控制，结合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锐，许蕊，寿梦杰，杨平安，冯松，谢海琼，曹正锋，黄超，周志浩，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：