混合式永磁联轴器设计及传动特性研究

发布时间：2017-08-16 21:24

  本文关键词：混合式永磁联轴器设计及传动特性研究

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【摘要】：联轴器是机械传动系统中的一个重要部件。随着近几年Nd-Fe-B材料得到了广泛的应用,磁力联轴器也得到了空前的发展,尤其是在矿山机械,风力传动以及危险介质传动的场合。混合式永磁联轴器是基于传统的轴向盘式永磁联轴器和径向永磁联轴器结构设计的一种新型永磁联轴器,能够有效的解决盘式永磁联轴器的轴向不稳定性和减小安装成本,以及解决径向永磁联轴器的径向不稳定性。能够广泛应用到扰性传动、隔离振动和磁悬浮传递场合,具有一般磁力联轴器不可代替的优点。本文首先阐述了混合式永磁联轴器的工作原理和结构特点,建立传递转矩计算数学模型,基于磁荷库伦定理推导混合式永磁联轴器的传递转矩的计算公式。由于混合式永磁联轴器结构的特殊性,直接利用推导的公式计算传递转矩过程复杂,误差累积,精度偏低。本文提出了一个简化的传递转矩计算公式,通过MATLAB对数据进行函数拟合,修正计算公式。基于maxwell ansoftI对混合式永磁联轴器的传动特性进行分析,可知混合式永磁联轴器最佳的磁极对数m=12。传递转矩随着内、外永磁转子之间的角度变化呈正弦函数变化,且当角度差为π/m时,混合式永磁联轴器的传递转矩达到最大值。传递转矩随永磁体厚度的增加呈先增加,后逐渐趋于平稳值。传动转矩随着轴向气隙和径向气隙的增加呈下降趋势。当径向安装误差2mm以内,传递转矩仍然能够保持在传递转矩理想值的98.14%；当轴向安装误差在2mm以内,传递转矩基本能够保持在理论值的99.9%以上,所以混合式永磁联轴器具有易安装拆卸的特点。外永磁体单侧受到的轴向附加力最大值随着磁极对数的增加呈下降的趋势,对于8极的混合式永磁联轴器的轴向力可达70+190 sinθN.m,轴向力随着内、外永磁体的角度差也呈正弦变化。利用正交试验法分析混合式永磁联轴器的各结构参数对传递转矩和转矩公式计算误差的影响程度,分析转矩计算公式最佳的使用范围：内永磁体轴向厚度12mmA20mm;内永磁体径向厚度10mm≤B≤16mm;外永磁体轴向厚度12mm≤C≤18mm;外永磁体径向厚度10mm≤B≤18mm;磁极对数12≤D≤16；外永磁体外径100mm≤F≤140mm。最后,利用修正的转矩计算公式和边界条件对混合式永磁联轴器进行优化设计。对一款最大传递转矩为50N.m的混合永磁联轴器进行详细的结构设计,使之成为一款能够用于实际生产的样机。搭建实验平台对混合式永磁联轴器进行静态和动态传动特性进行测试,验证了改进公式的准确性以及涡流计算公式的适用性。
【关键词】：混合式永磁联轴器 数学模型 传递转矩 正交试验 优化设计
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.4
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 符号说明16-17
• 第一章 绪论17-24
• 1.1 引言17
• 1.2 磁力联轴器的分类17-19
• 1.3 本课题研究的背景和意义19-20
• 1.4 国内、外永磁联轴器研究现状与发展状况20-22
• 1.4.1 国外关于永磁联轴器传动特性的研究20-21
• 1.4.2 国内关于永磁联轴器传动特性的研究21-22
• 1.5 本课题研究的内容22-24
• 第二章 混合式永磁联轴器转矩特性分析24-61
• 2.1 混合式永磁联轴器材料选择24-26
• 2.1.1 永磁材料的选择24-25
• 2.1.2 软磁材料的选取25-26
• 2.2 二维磁场分析26-31
• 2.2.1 Maxwell Ansoft二维静磁场分析原理26-27
• 2.2.2 二维静磁场的分析27-31
• 2.3 三维磁场的仿真分析31-36
• 2.3.1 Ansoft Maxwell三维维静磁场分析原理31
• 2.3.2 Ansoft Maxwell三维瞬态场分析原理31-33
• 2.3.3 三维磁场分布33-36
• 2.4 混合式永磁联轴器的转矩计算36-46
• 2.4.1 转矩计算方法36-40
• 2.4.2 磁荷库伦定理下的转矩计算公式修正40-44
• 2.4.3 改进转矩公式的验证44-46
• 2.5 混合式永磁联轴器各参数对传递转矩的影响46-58
• 2.5.1 内、外转子永磁体角度差与传递转矩的关系46-48
• 2.5.2 磁极对数与传递转矩的关系48-50
• 2.5.3 永磁体非磁化方向厚度与传递转矩的关系50-52
• 2.5.4 空气气隙与传递转矩的关系52-54
• 2.5.5 外转子、端盖的材料对磁力联轴器的传递转矩的影响54-55
• 2.5.6 内、外转子安装误差对传递转矩的影响55-58
• 2.6 外永磁体轴向力分析58-59
• 2.7 本章小结59-61
• 第三章 各因素对传递转矩影响的正交试验分析61-67
• 3.1 实验方案设计61-62
• 3.2 实验结果分析62-65
• 3.2.1 各因素对传递转矩的影响分析62-64
• 3.2.2 改进的转矩计算公式的适用范围分析64-65
• 3.3 本章小结65-67
• 第四章 混合式永磁联轴器设计67-77
• 4.1 混合式永磁联轴器的参数化设计67-68
• 4.2 永磁体安装方式的选择和安全校核68-72
• 4.2.1 永磁体安装方式为胶粘时的安全校核68-71
• 4.2.2 永磁体安装方式为螺钉时的安全校核71-72
• 4.3 混合式磁力联轴器结构设计72-74
• 4.4 主轴的形变及强度校核74-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第五章 实验验证77-83
• 5.1 实验样机的设计77-78
• 5.2 混合式永磁联轴器静态性能测试78-80
• 5.2.1 静态测试实验装置78-79
• 5.2.2 实验测试及结果分析79-80
• 5.3 混合式永磁联轴器动态性能测试80-81
• 5.3.1 动态测试实验装置80-81
• 5.3.2 实验测试及结果分析81
• 5.4 本章小结81-83
• 第六章 结论与展望83-86
• 6.1 全文总结83-84
• 6.2 本文创新点84
• 6.3 展望84-86
• 参考文献86-90
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况90

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本文编号：685602