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磁性联轴器的结构参数对传递扭矩的影响

 
 
 
 
前面几节中通过理论计算、有限元分析以及实验对磁性联轴器的结构尺寸进行优化。下面将结果进行对比,分析结构参数对传递扭矩的影响,得出较合适的结构参数。
 
一、磁环间距对传递扭矩的影响
 
为考察磁环间距g与传动扭矩的关系,通过改变磁环间距,来测量磁性联轴器传递的扭矩。测试结果如图3-7所示。由图可以看出,磁性联轴器传动的扭矩随着磁环之间距离的增大而减小。这是因为间距增大,消耗在间距上的磁通密度随之增大,从而使磁体上的磁势减小,传动的扭矩也减小。但是不能纯粹的为了增加扭矩而减小间距,因为间距的大小受很多因素影响,如考虑强度时,隔离套厚度不能太小;另外由于结构尺寸的要求,隔离套与内外转子的距离也有要求。
因此在满足其他条件的前提下,尽量减小磁环间距来增加传递扭矩。另外从图中可以看出,理论计算与仿真值非常接近,实际测量值则偏小,但是变化趋势是一致的。这是由于计算公式的误差、仿真中忽略了一些因素、测试误差以及实际测量中存在摩擦转矩和涡流损耗造成。通过分析,并结合高压旋转粘度计结构需求,本文选磁环间距为15mm。
 
 磁性联轴器结构参数
 
 
图3-9磁性联轴器传递的扭矩与磁环厚度的关系
 
 


由图可以看出,磁性联轴器传递的扭矩随磁环厚度增加而增大,当磁环厚度为10mm时,传递的扭矩基本不再发生变化。这是因为随着永磁体厚度的增加,磁势、磁阻和漏磁也增加,当磁环厚度增加到一定程度时,所增加的磁势、磁阻和漏磁达到了平衡,因此扭矩基本不再增加。由此可知,通过增加磁环厚度来增加传递扭矩的作用有限。为了提高永磁体材料的利用率并降低成本,而且考虑到磁性联轴器的工作环境,永磁体的厚度不宜太大。因此,本文选取磁性联轴器永磁体厚度为10mm。
    
    二、磁环外径对传递扭矩的影响
 
为考察磁环外径对传递扭矩的影响,在保持磁环间距、磁环内径和磁环厚度等不变的情况下,改变磁环外径,测出对应的扭矩,如图3-10所示。
 
 
  
 磁性联轴器结构参数对传递扭矩影响
图3-10磁性联轴器传递的扭矩与磁环外径的关系
 

 
由图可以看出,在磁性联轴器的磁环内径、厚度以及磁环间距不变时,磁性联轴器所传递的扭矩随着磁环外径的增大而急剧增大,但是,不能只靠增加磁环外径来增加传递扭矩,因为外径增加,联轴器的尺寸以及重量也跟着增加,因此需要考虑工作环境来确定磁环外径以满足传递扭矩的要求。结合高压旋转粘度计需求,本文选取磁性联轴器磁环外径为35mm即可满足传递扭矩。
 
三、隔离套材料对传递扭矩的影响

 
隔离套是磁性联轴器的一个重要组件。它位于内磁转子和外磁转子之间的气隙中,是使内、外磁转子在运转过程中互不干扰、无接触、无摩擦、相互密封的元件,根据工作环境的不同,需要满足不同的要求,如耐高压、耐腐蚀等等。为了使磁性联轴器发挥较好的性能,应该选择合适的隔离套材料。隔离套材料的选择原则是:具有足够的承压能力,抗拉、抗压性能好、强度高,耐腐蚀、耐冲刷,对磁场的影响越小越好。实验采用不同的材料作为隔离套,在其他条件相同的情况下,通过测试磁性联轴器的传递扭矩来说明不同材料的隔离套对磁性联轴器传递扭矩的影响。分别采用钛合金、铝合金、陶瓷作为隔离套来测试,测试结果如图3-11所示。
 
 
 磁性联轴器的结构

图3-11磁性联轴器传递的扭矩与隔离套材料的关系


 
由图可以看出,用钛合金和陶瓷作为隔离套时,磁性联轴器能够传递的扭矩较大,而且电机转速较高时仍未出现打滑现象,而铝合金作为隔离套时,传递的扭矩较小,电机转速很低时就出现打滑,从而导致磁性联轴器失效。这是由于陶瓷是非金属材料且为非导电物质,对联轴器的工作不产生附加的涡流扭矩,钛合金的电阻率相对较高,产生的涡流效应很小,而铝合金是电的良导体,做切割磁力线运动时产生涡流效应较大,从而产生一个附加的涡流扭矩,使磁性联轴器的传递效率降低。因此,在高温高压场合下,应选用非导磁的金属隔离板,而低温低压下尽量选用非金属材料。综上,高压旋转粘度计所采用的磁性联轴器的结构参数为磁极对数是6对、磁环间距为15mm、磁环外径为35mm、磁环厚度为10mm、隔离套材料选用钛合金。
 
四、转速对传递扭矩的影响

 
为了考察电机转速对磁性联轴器传递扭矩的影响,在其他条件相同时,只改变电机转速,测出每个转速下对应的空载扭矩以及扭矩。测试结果如图3-12和图3-13所示。从图3-12中可以看出,当不加负载时,磁性联轴器的传递扭矩随着电机转速的增加而增加,但是增加的幅度逐渐减小。在不同的转速下,保持其他条件不变,缓慢增加负载扭矩,直到磁性联轴器出现打滑而失效,此时的负载扭矩就是磁性联轴器能够传递的扭矩。从图3-13可以看出,磁性联轴器的结构尺寸一旦固定,它所传递的扭矩基本不会随转速的增加而发生变化。
 

磁性联轴器的结构参数传递扭矩
本章通过理论计算、有限元分析对高压旋转粘度计驱动系统中的磁性联轴器进行了优化,并用实验来验证磁性联轴器的结构参数对传递扭矩的影响。根据本文中设计的高压旋转粘度计结构尺寸和传递扭矩要求,最后得出磁性联轴器较合适的结构尺寸为:磁极对数是6对、磁环间距为15mm、磁环外径为35mm、磁环厚度为10mm、隔离套材料即高压旋转粘度计的内筒为钛合金。这为后面进行润滑油压粘特性的分析奠定基础。http://www.zgyqcp.cn 
 
 
 
 
 
 

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