湿式磁力联轴器传动特性数值模拟及试验研究

发布时间：2020-10-12 17:02

　　 磁力联轴器是磁力泵的关键部件,其无泄漏特性符合当代工业生产过程节能环保的要求,高效率的传动特性使其在新兴工业产业中广泛应用。本文搭建湿式磁力传动试验台,采用数值模拟和试验结合的方法,对磁力联轴器传递的磁转矩、涡流损失、温度场以及冷却介质对其传动性能的影响等进行研究。研究的主要内容与成果如下:(1)运用Ansoft Maxwell建立磁力联轴器二维理想模型,计算半个旋转周期不同磁转角的矢量磁位以求解静态磁转矩。得出矢量磁位的绝对值、最大磁感应强度的周期为4π/p(p为磁极对数),静态磁转矩的周期为2π/p,在π/p时为最大值。用Maxwell 3D对模拟计算进行优化,T_(max_3D)=535.65N·m,T_(max_2D)=585.04N·m,T_(max_经验)=502.43N·m。分析磁力联轴器结构对静态磁转矩的影响,得出轴向长度越长,最大静磁转矩增大;在1°~5°的间隙内嵌入轭铁可以优化磁力线分布,节约磁性材料;最大静磁转矩随间隙的增大而减小。(2)由Maxwell 2D瞬态场计算不同磁转角、不同转速下的磁力联轴器涡流损失和隔离套处的磁感应强度,并进行回归分析,得出相同磁转角涡流损失随转速的增大呈非线性增大;相同磁转角相同转速涡流损失随时间围绕一个定值上下周期性波动。由于隔离套上的磁感应强度的变化,涡流损失随磁转角呈周期性变化,周期为4?/p;Maxwell 2D瞬态场计算的最大磁转矩比最大静磁转矩小。分析涡流损失的影响因素,得出相同转速、相同磁转角下,(35)p_(不锈钢)(35)p_(钛合金)(35)p_(有机玻璃),转速增加,差距越大,即隔离套材料的电导率越大,涡流损失越大。得出饱和食盐水产生的涡流损失大于介质水产生的涡流损失,但饱和食盐水产生的涡流损失数量级较小。(3)以ANSYS Workbench为基础,对磁力联轴器进行多场耦合计算。将Maxwell瞬态场与瞬态温度场进行热磁耦合,结果表明隔离套处的温度最高,转速小于2300r/min时,隔离套处温度增长呈缓慢的线性增长,2300r/min~2900r/min时,温度陡然增加。空气和水的对流换热能有效控制低转速时的温升,高转速时,温升仍很明显但有所改善。用CFX计算冷却循环回路的流场和温度场,并与静态温度场和结构场耦合,计算不同材料隔离套的应力变形。得出内磁钢与隔离套内壁处的高速旋转水体处压力低,进口水腔和出口水腔存在大量旋涡,隔离套底面中心压力大。与隔离套内壁接触的水体面温度沿轴向方向出现分层现象,温度最高的圆周层在隔离套的筒口处,随转速的增加,温度最高的圆周层沿轴向方向往隔离套底部方向移动,冷却循环水的最高温度逐渐升高。得出不锈钢材质隔离套的应力变形由温度场主导;钛合金材质隔离套的应力由压力和温度共同主导;有机玻璃材质隔离套应力变形由流场的压力分布主导,有机玻璃的承压能力不及金属材质的隔离套,其底部圆心处变形量最大,由中心向四周呈圆环状递减。(4)首次搭建湿式磁力传动试验台,进行额定负载和额定转速下的动态特性试验、磁力联轴器能量损失影响因素的探究试验和隔离套不同位置的温度测试试验。由试验数据得出以下结论:负载一定时,转矩T_1随磁力联轴器转速n的增加而增加,增加趋势趋向平缓,磁力联轴器所能传递的最大转矩恒定。磁力联轴器的损失与转速有关、与负载基本无关。相同磁力联轴器的带载能力随转速的增大而增大,效率恒定,随转速的增大略微增长。磁力联轴器的轴向长度越长,承载能力越大;轴向长度越短,传动效率越高。涡流损失与转速呈非线性关系,(35)p_(试验)=2.72574×10~(-6)n~(1.87559)。验证了隔离套材料、介质水、饱和食盐水对涡流损失的影响规律。隔离套圆柱面同一母线上的温度沿着远离隔离套底部的方向增大。低转速隔离套温升不明显;高转速温升跳跃式增大。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH133.4
【部分图文】：

图 1.1 磁力联轴器结构简图Fig.1.1 The structure of magnetic coupling英国 HMD 公司[6]，在磁力驱动相关装钴永磁材料的磁力性能低下，磁路设计

内外磁转子受力图

图 2.3 圆筒式磁力联轴器简化模型Fig.2.3 Simplified model of cylindrical magnetic coupling限元法将矢量磁位 A 作为求解对象，求解方程为式(2.8)[63]： :0yAxyAx
【参考文献】

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本文编号：2838037