电流变液的进一步解释


本网《技术漫谈》栏目刊出"一种智能材料--电流变液"后陆续收到一些网友来信,询问这种新材料的情况以及用于汽车变速器的原理。

电流变液(Electrorheological Fluids) 简称ER,发展历史已经有近50年了。ER称为智能材料,是由于它具有受控变化的品质,其屈服应力、弹性模量能够按照控制者的意志产生变化。早期的ER性能较差,上世纪八十年代末ER材料的研究得到突破,使它有可能逐渐获得广泛的应用。

ER液体通常由具有高介电常数的固体微粒均匀分散在低介电常数的绝缘油中组成,固体微粒材料的性质决定ER性能的好坏,是ER的关键组份。

固体微粒材料可以采用多种材料制成,常用的有无机材料(如硅胶、硅铝酸盐、复合金属氧化物、复合金属氢氧化物)、高分子材料(如高分子半导体粒子)和复合型ER材料(可以是不同的无机材料的复合、不同的高分子材料的复合、无机材料和高分子材料的复合)。评价微粒材料的主要性能指标是能够提供的动态剪切应力的大小,动态剪应力大强度就高。此外,临界电场(产生ER效应的最小电场强度)要小,导电率要小。绝缘液体通常有硅油、食油、矿物油,绝缘液体应具有较高的沸点,稳定性、抗腐蚀性好。

电流变液用于汽车变速的原理可以通过一个简化的例子说明。如图,设动力首先从下面的轴输入(黑色箭头),黑色的轴与蓝色的齿轮之间是电流变液(绿色),如果右边施加外电场,左边仍保持液态,则动力由齿轮1传到齿轮2,带动输出轴(红色)转动,由于齿轮1的半径大于齿轮2,所以输出轴转得较快。如果左边施加外电场,右边保持液态,则动力从齿轮3传到齿轮4,输出轴的转速较慢。

我们知道,驱动汽车需要的扭距是很大的,这是汽车有别于其它用品的重要特征。扭距的传递要靠剪切应力。所以,制约电流变液在汽车驱动系统中应用的主要因素是所允许的最大剪切应力。目前大多数电流变液的动态剪切应力在15kPa以下,需要进一步提高。用电流变液原理取代传统的机械离合器的关键是剪切强度方面的突破。

车汇通
2002年3月9日

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