常見磁性聯(lián)軸器及應(yīng)用

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1、常見磁性聯(lián)軸器及應(yīng)用聯(lián)軸器（coupling），是機(jī)械傳動(dòng)中重要的部件。除了常見的機(jī)械式剛性和柔性聯(lián)軸器外，還有一類靠磁場傳動(dòng)的聯(lián)軸器，即磁力聯(lián)軸器。磁力傳動(dòng)，就是通過磁場NS極耦合相互作用傳遞動(dòng)力的方式?！　〕Ｒ姷拇帕鲃?dòng)，包括同步傳動(dòng)，磁滯傳動(dòng)和渦流傳動(dòng)三種類型。由于其各自特點(diǎn)，被應(yīng)用在不同的領(lǐng)域?！　⊥絺鲃?dòng)器　　同步傳動(dòng)器，顧名思義，就是輸出與輸入同步。常見的同步傳動(dòng)器結(jié)構(gòu)有兩種：平面性傳動(dòng)器和同軸（或圓筒）型傳動(dòng)器?！　∑矫嫘屯絺鲃?dòng)器　　平面型傳動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)：在兩個(gè)相同直徑的圓盤上，按照NS極交叉的方式安裝磁

2、鐵。使用時(shí)，把兩個(gè)圓盤分別安裝到主動(dòng)軸和從動(dòng)軸上，中間留有一定氣隙。由于A磁體的N極吸引對面B磁體的S極，同時(shí)排斥B磁體兩側(cè)的N極，從而保證在一定力矩范圍內(nèi)，從動(dòng)軸與主動(dòng)軸保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖：圖中，A為氣隙?！　?shí)際工作中，真正NS相對的狀態(tài)，只存在于無力矩輸出的狀態(tài)下。只要有力矩產(chǎn)生，從動(dòng)盤就會(huì)與主動(dòng)盤存在一定的相位夾角。這種角向的錯(cuò)動(dòng)，一直保持并增加到力矩足夠大到N極與對面的N極相對，然后傳動(dòng)器發(fā)生“打滑”，兩個(gè)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)錯(cuò)動(dòng)，跳向下一對耦合狀態(tài)。由于上述特性，磁力傳動(dòng)雖然可以做到同步，但是不能實(shí)現(xiàn)精密的同步傳動(dòng)。這種平

3、面性傳動(dòng)器，結(jié)構(gòu)簡單，安裝時(shí)對兩個(gè)軸的同軸度要求不高。由于是采用平面相吸的原理，因此氣隙越小，扭矩越大。但同時(shí)，在磁場的作用下，軸向力（互相吸引）也成正比變化。軸向力是這種平面型傳動(dòng)器的主要缺點(diǎn)。另外，由于傳遞的扭矩大小與圓盤面積有關(guān)，因此，這種傳動(dòng)器的扭矩不能做的太大，否則會(huì)導(dǎo)致尺寸過大，安裝困難。4結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，是平面型傳動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)。因此在某些微型隔離傳動(dòng)方面有成功應(yīng)用。目前，常用的簡單結(jié)構(gòu)平面型傳動(dòng)器，扭矩一般都在10Nm以下?！　⊥S型傳動(dòng)器　　同軸型傳動(dòng)器，是目前應(yīng)用最廣的同步傳動(dòng)器。典型的應(yīng)用，就是磁

4、力泵。　　如圖，是同軸型傳動(dòng)器的結(jié)構(gòu)　　一般來說，同軸型傳動(dòng)器包括如下幾個(gè)部分：外轉(zhuǎn)子，內(nèi)轉(zhuǎn)子，隔離套，軸承系統(tǒng)。其中，隔離套和軸承系統(tǒng)主要用于磁力傳動(dòng)密封的結(jié)構(gòu)中。在內(nèi)轉(zhuǎn)子的外圓周部分，和外轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周部分，分別裝上磁體。磁體為偶數(shù)極，按照NS交叉方式圓周排列。將內(nèi)外轉(zhuǎn)子的磁體工作面對齊，即自動(dòng)耦合。內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙，用于隔離主動(dòng)和從動(dòng)部件。氣隙的大小多在2mm-8mm之間。氣隙越小，磁體的有效利用越高，同時(shí)隔離也越困難；氣隙越大，越方便隔離，但是磁體磁場的有效利用越差。氣隙所處的半徑位置，就是這種結(jié)構(gòu)傳動(dòng)器的工

5、作半徑。因此，設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過調(diào)整氣隙的半徑的大小，來得到所需傳動(dòng)器的扭矩。氣隙不變的情況下，增加耦合磁體的軸向長度（即偶合面積），也可以近似等比增加扭矩。一般來說，此類傳動(dòng)器的工作扭矩為傳動(dòng)器最大扭矩的60%左右。當(dāng)負(fù)載超過最大扭矩時(shí)，傳動(dòng)器開始“打滑”，即磁體從當(dāng)前的偶合狀態(tài)，圓周錯(cuò)動(dòng)跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)耦合狀態(tài)。在這種打滑過程中，氣隙內(nèi)的磁場迅速變化，內(nèi)外轉(zhuǎn)子的磁體同時(shí)被對方充退磁，產(chǎn)生熱量。短時(shí)間內(nèi)溫度即可迅速上升到100攝氏度以上，從而導(dǎo)致磁體退磁，傳動(dòng)器報(bào)廢。因此，此類傳動(dòng)器雖然可以起到過載保護(hù)的作用，但一般來說并不作

6、為過載保護(hù)裝置來使用。目前，同軸型磁力傳動(dòng)的扭矩范圍，大都在3Nm-500Nm之間，比較大的，可以做到2000Nm，本人知道的，最大的可以做到6000Nm。在內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間，安裝一個(gè)隔離套，可以將內(nèi)轉(zhuǎn)子或者外轉(zhuǎn)子封閉起來。扭矩仍然可以傳遞。這就是利用磁力傳動(dòng)進(jìn)行密封的原理。磁力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，將動(dòng)密封，轉(zhuǎn)變成為靜密封，這也是磁力傳動(dòng)的最大優(yōu)點(diǎn)。隔離套，出于強(qiáng)度的考慮，一般由金屬材料制成。由于隔離套在高速交變磁場中工作，因此產(chǎn)生嚴(yán)重的“發(fā)電”4效應(yīng)，即渦流損失。材料的導(dǎo)電性能越好，截面積越大，轉(zhuǎn)速越高，渦流損失就越大。因此，隔離套盡

7、量選擇非鐵磁性的電阻率比較高的材料。常用的金屬材料有奧氏體不銹鋼，鈦合金，哈氏合金等。以不銹鋼為例，在離心泵1900rpm工況下，渦流損失高達(dá)15%-20%。哈氏合金電阻率高，強(qiáng)度高，可有效降低渦流損失。但是材料成本過高，限制了應(yīng)用。非金屬材料可以減小甚至完全避免渦流損失。如果工作壓力不高，可以選用高強(qiáng)度的工程塑料。國外有采用陶瓷材料制造隔離套，渦流損失為零。但陶瓷材料易碎，耐機(jī)械沖擊和熱沖擊性能不好，加工復(fù)雜，價(jià)格高，裝配困難，因此并未得到廣泛應(yīng)用。限制磁力傳動(dòng)應(yīng)用的另一個(gè)問題是溫度。所有的磁性材料，都有高溫退磁的問題。

8、目前，應(yīng)用最廣泛的釹鐵硼磁體制成的傳動(dòng)器，工作溫度一般不超過140攝氏度。釤鈷磁體傳動(dòng)器，一般不超過300攝氏度。特殊工藝配方的釤鈷磁體，最高工作溫度可以達(dá)到350攝氏度。更高的溫度，可以采用內(nèi)轉(zhuǎn)子非磁體的結(jié)構(gòu)。一般使用導(dǎo)磁性能好的軟鐵。如超高真空設(shè)備上使用的磁力傳動(dòng)系統(tǒng)。以上兩種磁體，國內(nèi)都有量產(chǎn)。磁