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磁力联轴器静态转矩特性研究

2021-03-19 16:11:18

磁力联轴器静态转矩特性研究与参数优化

   建立了磁力联轴器有限元分析模型,利用有限元软件,系统研究了磁力联轴器的静态转矩特性,分析了磁力联轴器主要结构参数对较大静态转矩的影响,并进行了实验验证。提出了基于材料利用率的磁力联轴器设计理念,并给出较优设计参数选择。

磁力泵是由电动机驱动磁力联轴器的外磁转子通过磁力作用带动与叶轮一体的内磁转子旋转,实现动力的无接触同步传递。内外磁转子之间由隔离套隔开,将容易泄漏的动密封结构转化为零泄漏的静密封结构。这种静密封可以消 除泄漏,从而广泛地应用于水泵、石油、化工以及制药等对密封有着要求的场合。磁力联轴器是磁力泵的关键部件。目前,关于磁力联轴器的研究主要有3种方式:基于经验公式基于解析法和基于有限元分析经验公式是在长期的生产实践中的,具有参考价值,对于磁力联轴器的初步设计有很好的指导作用,但局限于特定结构的磁力联轴器的计算;解析法通过解析计算,获得准确的计算结果,但是对结构具有依赖性,且公式复杂,计算繁琐;随着有限元分析软件的发展,其计算、及后处理功能等优势明显,有限元分析法开始广泛应用于各种电磁设计。运用有限元的方法对磁力联轴器的性能做了整体分析,并获得了相对效果。

利用有限元分析软件,对磁力联轴器的静态特性进行研究,提出基于材料利用率的设计理念,以此为判断标准,对影响磁力联轴器静态特性的参数进行分析,并进行了实验验证。磁力联轴器的基本结构磁力联轴器与传统联轴器的不同之处在于,主动轴与被动轴之间无直接接触,通过永磁体的笔者的研究对象为圆筒式磁力联轴器,除端部以外,该联轴器在轴向上的磁场分布基本一致,因此为节省时间方便计算,可假设磁力联轴器的气隙尺寸远小于轴向尺寸,忽略联轴器的端部效应,从而将三维的模型转化为二维模型进行分析。在有限元分析时,如果把整个二维模型作为求解区域进行分析,将计算时间和内存占有量。又考虑到磁力联轴器的磁场呈周期性分布,且周期数等于联轴器的磁及数。在分析磁钢厚度对转矩的影响时,保持联轴器中间的气隙尺寸和导磁体磁路饱和程度不变,获得不同磁钢厚度下的联轴器较大静态转矩磁力联轴器的外磁钢形状有平面形和瓦片形两种。为研究磁钢形状对磁力联轴器较大静态转矩的影响,将平面形外磁钢等效为相同面积的瓦片形外磁钢,等效后外磁钢厚度不变,外角度为12.68°,分析不同磁钢形状下的较大静态转矩不同,平面形时为172.5N·m、瓦片形时为183.6N·m,转矩提高率为6.4。可以看出,瓦片形磁钢的磁力联轴器的较大静态转矩明显优于平面形磁钢的磁力联轴器。因此,磁钢材料的情况下,采用瓦片形磁钢可以获得较大的较大静态转矩。平面形磁钢由于制造方便,装配定位容易,在实际产品中也应用。