常見(jiàn)磁性聯(lián)軸器及應(yīng)用

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1、常見(jiàn)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(jiàn)的機(jī)械式剛性和柔性聯(lián)軸器外,還有一類靠磁場(chǎng)傳動(dòng)的聯(lián)軸器,即磁力聯(lián)軸器。磁力傳動(dòng),就是通過(guò)磁場(chǎng)NS極耦合相互作用傳遞動(dòng)力的方式。  常見(jiàn)的磁力傳動(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(jiàn)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。  平面型同步傳動(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(pán)上,按照NS極交

2、叉的方式安裝磁鐵。使用時(shí),把兩個(gè)圓盤(pán)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(duì)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(duì)的狀態(tài),只存在于無(wú)力矩輸出的狀態(tài)下。只要有力矩產(chǎn)生,從動(dòng)盤(pán)就會(huì)與主動(dòng)盤(pán)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(duì)面的N極相對(duì),然后傳動(dòng)器發(fā)生“打滑”,兩個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)錯(cuò)動(dòng),跳向下一對(duì)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

3、能實(shí)現(xiàn)精密的同步傳動(dòng)。這種平面性傳動(dòng)器,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝時(shí)對(duì)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(chǎng)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(pán)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(guò)大,安裝困難。4結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)單結(jié)構(gòu)平面型傳動(dòng)器,扭矩一般都在10Nm以下。  同軸型傳動(dòng)器  同軸型傳動(dòng)器,是目

4、前應(yīng)用最廣的同步傳動(dòng)器。典型的應(yīng)用,就是磁力泵?! ∪鐖D,是同軸型傳動(dòng)器的結(jié)構(gòu)  一般來(lái)說(shuō),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(duì)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(chǎng)的

5、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)器的工作半徑。因此,設(shè)計(jì)時(shí),可以通過(guò)調(diào)整氣隙的半徑的大小,來(lái)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(zhǎng)度(即偶合面積),也可以近似等比增加扭矩。一般來(lái)說(shuō),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(guò)最大扭矩時(shí),傳動(dòng)器開(kāi)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(guò)程中,氣隙內(nèi)的磁場(chǎng)迅速變化,內(nèi)外轉(zhuǎn)子的磁體同時(shí)被對(duì)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

6、動(dòng)器報(bào)廢。因此,此類傳動(dòng)器雖然可以起到過(guò)載保護(hù)的作用,但一般來(lái)說(shuō)并不作為過(guò)載保護(hù)裝置來(lái)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(lái)。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(chǎng)中工作,因此產(chǎn)生嚴(yán)重的“發(fā)電”4效應(yīng),

7、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(guò)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(guó)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

8、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(wèn)題是溫度。所有的磁性材料,都有高溫退磁的問(wèn)題。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(guò)140攝氏度。釤鈷磁體傳動(dòng)器,一般不超過(guò)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(guó)內(nèi)都有量產(chǎn)。磁

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