稀土永磁磁力传动实验研究

《稀土永磁磁力传动实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、稀土永磁磁力齿轮传动实验研究郑伟刚罗延科李屹摘要本文试制一种新型传动装置——稀土永磁磁力传动，通过实验对其传动参数（转速n、转矩T、效率η）进行动态测定，所得曲线与传动特性分析，进一步揭示磁力传动的运动规律。关键词：稀土永磁齿轮传动特性分析实验曲线ONEXPERIMENTSTUDYOFTHEGEARTRANSMISSIONWITHRAREEARTHZhengWeigangLuoYankeLiYiAbstractThispaperanewdrivegearinghasbeenproduced——thegeardrivewithrareearthmagnet.Fo

2、rdriveparameters(revolutionn,torqueT,effectivenessη)Itiscarryondynamicallydetermtinedbyexperiment,throughgotanalysisofcurveanddrivecharacteristicthattheyarefurtherrerealedmotionlawofgeardrivewithmagnet.Keyworlds:RareearthmagneticgearDrivecharacteriseanalysisExperimentcurve一、引言在现行的机械

3、传动装置中，渐开线齿轮传动占有无可争议的主导地位。尽管其优势是明显的：能实现传动比恒定、平稳、大功率传动等。但在啮合时也存在接触摩擦，磨损，润滑及制造精度等问题。这在传动机械微型化时就显得尤其突出。故在研究微型机械传动的时候，有考虑采用稀土永磁磁力齿轮实现传动。磁力齿轮因非接触靠磁场磁力传递运动而避免了齿轮啮合时的接触摩擦，故没有磨损，润滑问题，结构也变得十分简单。能很好的解决传统齿轮存在的问题。这些年来，关于永磁齿轮传动设计计算方面的研究文章虽已有报道，但在实验研究方面的文章却十分少见。本文通过进行磁力齿轮传动的实验研究，参数测定，探索传动规律。二、磁力传动

4、原理永磁齿轮采用高磁性能的稀土永磁材料制作，通过轮缘磁极间产生的磁场相互耦合，产生磁作用力来传递运动。磁力传动机构的模型如图1所示，环状柱体沿周向由数对N、S极构成。传动静止时，在磁场力作用下，同性相斥，异性相吸，在两轮连心线上始终保持Ｎ、Ｓ极相互耦合。此时，磁力线相对两轮连心线对称，磁极间传动转矩为零。设主从动轮在连心线上的耦合磁极转角分别为θ1和θ2（静止时，θ1和θ2均为零），当主动轮转动时（即：θ１>0），力平衡破坏，产生驱动转矩Ｔ，受转矩作用从动轮随之转动。传动中，一对耦合磁极转角之差：θ１－θ2＝Δθ、称为永磁齿轮传动的滞后角。在一对耦合磁极分离之

5、前，相邻一对磁极会跟进进入耦合，从而保证传动连续进行。三、传动特性分析3.1转矩与滞后角根据电磁场理论，齿轮的磁极产生的磁场与其磁化电流产生的磁场相同。故轮缘磁体可等效为具有均匀电流密度的面电流体。其等效物理5模型如图2所示。取面电流元为ＬJmｄs(Jm为面电流密度，L为轮厚度，ｄs为电流元的宽度），在磁场中，其所受磁场力作用的向量积为∶ｄF＝ＬJmds×Bｍ（1）设ｒ为电流元到齿轮回转中心矢径，则所受转矩可表示为∶Ｔ‘＝∫sｒ×ｄＦ＝∫sｒ×（ＬJmds×Bｍ）＝∫sL[(r·Bｍ)Jm－（ｒ·Jm）Bｍ]ds（2）各面电流上作用的转矩叠加，为齿轮传动的总转

6、矩。即：T＝ΣT‘（3）式中:Bｍ＝▽×Ａ＝(4)Bｍ为磁感应强度；Ａ为磁场的向量磁位。由于影响转矩的因素较多（除磁性材料、磁极极数及直径外，还与耦合气隙，滞后角等有关），特别是在传动中，耦合气隙不断变化等因素，使Bｍ算式复杂，可用数值积分进行求解计算。设主动轮的极数为N1，相邻磁极间的夹角为Φ，则：Φ＝2л/N1称为极位夹角。一对永磁齿轮设计、安装好以后，工作扭矩是滞后角的函数。即：T＝f(Δθ)（5）T随滞后角Δθ而增加，但并非一直增大。当Δθ≥Φ/2后，由于气隙改变及相邻磁极参与耦合的原因，转矩增加到一最大值后会逐渐下降；当Δθ＝Φ时，处于同性磁极耦合位

7、置，驱动转矩趋于零值。转矩与滞后角的关系如图3所示。传动中的Δθ值随负载而增加，同时T也增加。在Δθm的相对位置时，转矩达到最大值Tmax。3.2转矩工作点及失步设负载一定时，所需转矩为Ｔa，相应滞后角为Δθa，图3中Ａ点即为永磁齿轮传动的工作点。与普通齿轮不同的是在传动中，随永磁齿轮转动，对应磁极间的位置、气隙将发生变化，远离耦合位置时，气隙增大，转矩下，降这时滞后角会增加，使转矩再增加，回到原工作点。当负载转矩小于磁齿轮传动的最小转矩时，工作点稳定，实现传动平稳。当负载转矩过大，使工作点靠近Ｔmax附近时，波动将加剧，引起震动。当负载转矩超过Ｔmax时，主

8、动轮不能正常驱动从动轮运动，在耦合位置