磁力聯(lián)軸器是磁力泵的關(guān)鍵部件,其無泄漏特性符合當代工業(yè)生產(chǎn)過程節(jié)能環(huán)保的要求,高效率的傳動特性使其在新興工業(yè)產(chǎn)業(yè)中廣泛應(yīng)用。本文搭建濕式磁力傳動試驗臺,采用數(shù)值模擬和試驗結(jié)合的方法,對磁力聯(lián)軸器傳遞的磁轉(zhuǎn)矩、渦流損失、溫度場以及冷卻介質(zhì)對其傳動性能的影響等進行研究。研究的主要內(nèi)容與成果如下:(1)運用Ansoft Maxwell建立磁力聯(lián)軸器二維理想模型,計算半個旋轉(zhuǎn)周期不同磁轉(zhuǎn)角的矢量磁位以求解靜態(tài)磁轉(zhuǎn)矩。得出矢量磁位的絕對值、最大磁感應(yīng)強度的周期為4π/p(p為磁極對數(shù)),靜態(tài)磁轉(zhuǎn)矩的周期為2π/p,在π/p時為最大值。用Maxwell 3D對模擬計算進行優(yōu)化,T_(max_3D)=535.65N·m,T_(max_2D)=585.04N·m,T_(max_經(jīng)驗)=502.43N·m。分析磁力聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)對靜態(tài)磁轉(zhuǎn)矩的影響,得出軸向長度越長,最大靜磁轉(zhuǎn)矩增大;在1°~5°的間隙內(nèi)嵌入軛鐵可以優(yōu)化磁力線分布,節(jié)約磁性材料;最大靜磁轉(zhuǎn)矩隨間隙的增大而減小。(2)由Maxwell 2D瞬態(tài)場計算不同磁轉(zhuǎn)角、不同轉(zhuǎn)速下的磁力聯(lián)軸器渦流損失和隔離套處的磁感應(yīng)強度,并進行回歸分析,得出相同磁轉(zhuǎn)角渦流損失隨轉(zhuǎn)速的增大呈非線性增大;相同磁轉(zhuǎn)角相同轉(zhuǎn)速渦流損失隨時間圍繞一個定值上下周期性波動。由于隔離套上的磁感應(yīng)強度的變化,渦流損失隨磁轉(zhuǎn)角呈周期性變化,周期為4?/p;Maxwell 2D瞬態(tài)場計算的最大磁轉(zhuǎn)矩比最大靜磁轉(zhuǎn)矩小。分析渦流損失的影響因素,得出相同轉(zhuǎn)速、相同磁轉(zhuǎn)角下,(35)p_(不銹鋼)(35)p_(鈦合金)(35)p_(有機玻璃),轉(zhuǎn)速增加,差距越大,即隔離套材料的電導(dǎo)率越大,渦流損失越大。得出飽和食鹽水產(chǎn)生的渦流損失大于介質(zhì)水產(chǎn)生的渦流損失,但飽和食鹽水產(chǎn)生的渦流損失數(shù)量級較小。(3)以ANSYS Workbench為基礎(chǔ),對磁力聯(lián)軸器進行多場耦合計算。將Maxwell瞬態(tài)場與瞬態(tài)溫度場進行熱磁耦合,結(jié)果表明隔離套處的溫度最高,轉(zhuǎn)速小于2300r/min時,隔離套處溫度增長呈緩慢的線性增長,2300r/min~2900r/min時,溫度陡然增加�？諝夂退膶α鲹Q熱能有效控制低轉(zhuǎn)速時的溫升,高轉(zhuǎn)速時,溫升仍很明顯但有所改善。用CFX計算冷卻循環(huán)回路的流場和溫度場,并與靜態(tài)溫度場和結(jié)構(gòu)場耦合,計算不同材料隔離套的應(yīng)力變形。得出內(nèi)磁鋼與隔離套內(nèi)壁處的高速旋轉(zhuǎn)水體處壓力低,進口水腔和出口水腔存在大量旋渦,隔離套底面中心壓力大。與隔離套內(nèi)壁接觸的水體面溫度沿軸向方向出現(xiàn)分層現(xiàn)象,溫度最高的圓周層在隔離套的筒口處,隨轉(zhuǎn)速的增加,溫度最高的圓周層沿軸向方向往隔離套底部方向移動,冷卻循環(huán)水的最高溫度逐漸升高。得出不銹鋼材質(zhì)隔離套的應(yīng)力變形由溫度場主導(dǎo);鈦合金材質(zhì)隔離套的應(yīng)力由壓力和溫度共同主導(dǎo);有機玻璃材質(zhì)隔離套應(yīng)力變形由流場的壓力分布主導(dǎo),有機玻璃的承壓能力不及金屬材質(zhì)的隔離套,其底部圓心處變形量最大,由中心向四周呈圓環(huán)狀遞減。(4)首次搭建濕式磁力傳動試驗臺,進行額定負載和額定轉(zhuǎn)速下的動態(tài)特性試驗、磁力聯(lián)軸器能量損失影響因素的探究試驗和隔離套不同位置的溫度測試試驗。由試驗數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論:負載一定時,轉(zhuǎn)矩T_1隨磁力聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速n的增加而增加,增加趨勢趨向平緩,磁力聯(lián)軸器所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩恒定。磁力聯(lián)軸器的損失與轉(zhuǎn)速有關(guān)、與負載基本無關(guān)。相同磁力聯(lián)軸器的帶載能力隨轉(zhuǎn)速的增大而增大,效率恒定,隨轉(zhuǎn)速的增大略微增長。磁力聯(lián)軸器的軸向長度越長,承載能力越大;軸向長度越短,傳動效率越高。渦流損失與轉(zhuǎn)速呈非線性關(guān)系,(35)p_(試驗)=2.72574×10~(-6)n~(1.87559)。驗證了隔離套材料、介質(zhì)水、飽和食鹽水對渦流損失的影響規(guī)律。隔離套圓柱面同一母線上的溫度沿著遠離隔離套底部的方向增大。低轉(zhuǎn)速隔離套溫升不明顯;高轉(zhuǎn)速溫升跳躍式增大。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH133.4
【部分圖文】：

圖 1.1 磁力聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1.1 The structure of magnetic coupling英國 HMD 公司[6]，在磁力驅(qū)動相關(guān)裝鈷永磁材料的磁力性能低下，磁路設(shè)計

內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子受力圖

圖 2.3 圓筒式磁力聯(lián)軸器簡化模型Fig.2.3 Simplified model of cylindrical magnetic coupling限元法將矢量磁位 A 作為求解對象，求解方程為式(2.8)[63]： :0yAxyAx
【參考文獻】

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