常见磁性联轴器及应用

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时间:2017-12-28

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1、常见磁性联轴器及应用联轴器(coupling),是机械传动中重要的部件。除了常见的机械式刚性和柔性联轴器外,还有一类靠磁场传动的联轴器,即磁力联轴器。磁力传动,就是通过磁场NS极耦合相互作用传递动力的方式。  常见的磁力传动,包括同步传动,磁滞传动和涡流传动三种类型。由于其各自特点,被应用在不同的领域。  同步传动器  同步传动器,顾名思义,就是输出与输入同步。常见的同步传动器结构有两种:平面性传动器和同轴(或圆筒)型传动器。  平面型同步传动器  平面型传动器的基本结构:在两个相同直径的圆盘上,按照NS极交叉的方式安装磁

2、铁。使用时,把两个圆盘分别安装到主动轴和从动轴上,中间留有一定气隙。由于A磁体的N极吸引对面B磁体的S极,同时排斥B磁体两侧的N极,从而保证在一定力矩范围内,从动轴与主动轴保持同步转动。如图:图中,A为气隙。  实际工作中,真正NS相对的状态,只存在于无力矩输出的状态下。只要有力矩产生,从动盘就会与主动盘存在一定的相位夹角。这种角向的错动,一直保持并增加到力矩足够大到N极与对面的N极相对,然后传动器发生“打滑”,两个转盘旋转错动,跳向下一对耦合状态。由于上述特性,磁力传动虽然可以做到同步,但是不能实现精密的同步传动。这种平

3、面性传动器,结构简单,安装时对两个轴的同轴度要求不高。由于是采用平面相吸的原理,因此气隙越小,扭矩越大。但同时,在磁场的作用下,轴向力(互相吸引)也成正比变化。轴向力是这种平面型传动器的主要缺点。另外,由于传递的扭矩大小与圆盘面积有关,因此,这种传动器的扭矩不能做的太大,否则会导致尺寸过大,安装困难。4结构简单,成本低廉,是平面型传动器的主要优点。因此在某些微型隔离传动方面有成功应用。目前,常用的简单结构平面型传动器,扭矩一般都在10Nm以下。  同轴型传动器  同轴型传动器,是目前应用最广的同步传动器。典型的应用,就是磁

4、力泵。  如图,是同轴型传动器的结构  一般来说,同轴型传动器包括如下几个部分:外转子,内转子,隔离套,轴承系统。其中,隔离套和轴承系统主要用于磁力传动密封的结构中。在内转子的外圆周部分,和外转子的内圆周部分,分别装上磁体。磁体为偶数极,按照NS交叉方式圆周排列。将内外转子的磁体工作面对齐,即自动耦合。内外转子之间有一定的气隙,用于隔离主动和从动部件。气隙的大小多在2mm-8mm之间。气隙越小,磁体的有效利用越高,同时隔离也越困难;气隙越大,越方便隔离,但是磁体磁场的有效利用越差。气隙所处的半径位置,就是这种结构传动器的工

5、作半径。因此,设计时,可以通过调整气隙的半径的大小,来得到所需传动器的扭矩。气隙不变的情况下,增加耦合磁体的轴向长度(即偶合面积),也可以近似等比增加扭矩。一般来说,此类传动器的工作扭矩为传动器最大扭矩的60%左右。当负载超过最大扭矩时,传动器开始“打滑”,即磁体从当前的偶合状态,圆周错动跳转到下一个耦合状态。在这种打滑过程中,气隙内的磁场迅速变化,内外转子的磁体同时被对方充退磁,产生热量。短时间内温度即可迅速上升到100摄氏度以上,从而导致磁体退磁,传动器报废。因此,此类传动器虽然可以起到过载保护的作用,但一般来说并不作

6、为过载保护装置来使用。目前,同轴型磁力传动的扭矩范围,大都在3Nm-500Nm之间,比较大的,可以做到2000Nm,本人知道的,最大的可以做到6000Nm。在内外转子之间,安装一个隔离套,可以将内转子或者外转子封闭起来。扭矩仍然可以传递。这就是利用磁力传动进行密封的原理。磁力传动结构,将动密封,转变成为静密封,这也是磁力传动的最大优点。隔离套,出于强度的考虑,一般由金属材料制成。由于隔离套在高速交变磁场中工作,因此产生严重的“发电”4效应,即涡流损失。材料的导电性能越好,截面积越大,转速越高,涡流损失就越大。因此,隔离套尽

7、量选择非铁磁性的电阻率比较高的材料。常用的金属材料有奥氏体不锈钢,钛合金,哈氏合金等。以不锈钢为例,在离心泵1900rpm工况下,涡流损失高达15%-20%。哈氏合金电阻率高,强度高,可有效降低涡流损失。但是材料成本过高,限制了应用。非金属材料可以减小甚至完全避免涡流损失。如果工作压力不高,可以选用高强度的工程塑料。国外有采用陶瓷材料制造隔离套,涡流损失为零。但陶瓷材料易碎,耐机械冲击和热冲击性能不好,加工复杂,价格高,装配困难,因此并未得到广泛应用。限制磁力传动应用的另一个问题是温度。所有的磁性材料,都有高温退磁的问题。

8、目前,应用最广泛的钕铁硼磁体制成的传动器,工作温度一般不超过140摄氏度。钐钴磁体传动器,一般不超过300摄氏度。特殊工艺配方的钐钴磁体,最高工作温度可以达到350摄氏度。更高的温度,可以采用内转子非磁体的结构。一般使用导磁性能好的软铁。如超高真空设备上使用的磁力传动系统。以上两种磁体,国内都有量产。磁

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