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轴向永磁联轴器设计

2020-07-04 18:49:19

轴向永磁联轴器是利用推拉磁路工作原理而设计出来的一种新型传动装置,因其结构简单,且能够实现电机和负载之间的非接触传递,从而解决了传统机械联轴器因直接接触而承受较大振动导致联轴器本身及周围部件受到损伤的问题。轴向永磁联轴器的设计主要包括主动转子、从动转子尺寸设计以及工作间隙的确定等。具体说,即永磁体、软磁体的选取。而针对永磁体和软磁体,其与材料相关的尺寸、厚度及工作点也需要确定。合理的设计才能很大的发挥出轴向永磁联轴器的性能。

轴向永磁联轴器主要两个磁盘所构成、即主动磁盘、从动磁盘。主、从转子磁盘上均安装有永磁体,永磁体紧密相间排列并且充磁方向均为轴向。由于主、从转子不接触,当电机带动主动转子旋转时,刚开始从动转子永磁体由于摩擦力及被传动阻力的作用,仍处于静止状态,这时主动磁盘相对从动磁盘开始偏移角度。

磁路设计是磁力联轴器设计任务中非常重要的一环,磁路的优良对磁力联轴器的工作有着巨大影响。磁力联轴器的磁路是由三块组成:永磁体、工作气隙及软磁体。针对磁路设计的目标因具体结构而不同,但一般都是要求磁力联轴器在具有更小的空间结构的前提下发挥出性能。关于磁力联轴器的磁路设计具体又分为以下几点:(1)确定与磁路设计相关的分析要求磁路分析的第1步就是确定相关的分析要求。具体说,就是与磁路的用途、结构、价格等条件相关的要求。除此之外,工程上一般还要考虑设计磁路与其它结构之间的耦合关系及所设计磁路的使用效率等因素。(2)设计出磁力机械所使用磁路的具体结构在确定了磁路设计的相关要求后,便进入了下一步,即用自己的方式描绘出磁路的具体结构。根据人员对磁路设计的理解及自身的经验,运用CAD等绘图软件或者手绘出磁路的具体结构。(3)与磁路设计相关的计算当有了磁路的具体结构后,便进入了下一步:与磁路设计相关的计算。具体的说就是各个磁路尺寸的设定计算。该过程可能需要重复计算多次才能得到想要的结果。另外,不可不提的是,关于磁路的计算的方法有很多,笔者在选择磁路计算方法时需要慎重考虑。(4)磁路的仿真检验磁路设计的阶段就是运用相关有限元仿真软件对已知磁路进行仿真模拟,通过磁场的磁力链可以看出所设计磁路的准确性。永磁体依据充磁方式的不同主要包含三类:轴向充磁、径向充磁与切向充磁。为了提高气隙磁感应强度和减少漏磁,本论文中所研究的磁力联轴器对永磁体选择轴向充磁,运用紧密拼块的方式去排列布置磁路。理论上主、从磁盘之间的间隙越小,则传递的转矩越大,但是间隙过小时、会给加工制造和安装使用带来困难。

永磁材料指的是磁化后去掉外磁场,能长期保留磁性,能经受强度的外加磁场干扰的一种功能材料。轴向永磁联轴器中主动转子与从动转子的动力传动主要依靠永磁体作为磁源来提供磁场力。永磁材料磁性能的优劣,将直接影响联轴器的磁路尺寸、联轴器体积及其功能指标和运行特性。另外,因为自然界里包括人工合成的永磁材料种类众多,表现出来的磁场特性也有很大的区别,故了解永磁体的磁场特性、物理特性、化学特性等对永磁体的选取来说非常重要。

基于永磁材料的特点,通常在选用时一般要满足以下几个条件。(1)为得到较高的磁力转矩,永磁体材料本身应需要有较高的剩余磁感应强度Br;(2)磁感应矫顽力Hc应尽可能的选取较大的值,这可使联轴器的外形尺寸减小,另外也可使永磁材料的用量下降,进而节约成本。(3)磁性能的一致性要求;(4)在规定的工作环境中具备良好的磁性能:温度稳定性、外磁稳定性、化学稳定性和时间稳定性等要求。。

铷铁硼的磁能积和机械性能比其他永磁材料都要高,而且其价格还比较低,因此首先考虑铷铁硼。铷铁硼的不足之处在于它的居里温度很低,与其他永磁材料相比较,其温度系数较高,因此若在高温的工况下使用时,会出现较大的磁损。铷铁硼的另一个不足之处在于其化学稳定性欠佳,这是由于铷铁硼材料中含有大量的铁、洳元素,导致其性能较差,这也是其不能很快推广到军品领域的主要原因,虽然可以采用表面处理来减轻其腐蚀性,但不能从根本上解决其内部腐蚀问题。常用的处理方法有:提高永磁体的密度来减少残留气隙;在成品表面利用环氧树脂喷漆、电泳、电镀等方法涂敷保护层。另外,由于钕铁硼永磁材料的温度系数较高,造成其磁性能热稳定性较差,高温下使用时其退磁曲线的下半部分会产生弯曲,因此要进行永磁体去磁工作点的校核。