磁性藕合器的设计与计算范例.doc

磁力耦合器 概要: 磁力耦合器也称磁力联轴器、永磁传动装置。 永磁涡流传动装置主要由铜转子、永磁转子和控制器三个部分组成。一般，铜转子与电机轴连接，永磁转子与工作机的轴连接，铜转子和永磁转子之间有空气间隙（称为气隙），没有传递扭矩的机械连接。这样，电机和工作机之间形成了软（磁）连接，通过调节气隙来实现工作机轴扭矩、转速的变化。因气隙调节方式的不同，永磁涡流传动装置分为标准型、延迟型、限矩型、调速型等不同类型。 设备—滑动摩擦系数测定实验机上的具体应用和设计；并结合应用扼要介绍了磁力耦合器的工作理、主要功能、磁力传动转矩的计算、磁路的排列形式、结构特点等，以及在制造中需要注意的工艺问题。 　　随着科学技术的不断进步和发展，对有关物理量测定设备的性能要求越来越高，对测试结果要求更加精确和准确；从而得出的数据更加真实和有效，这极大地促进了科研事业的迅速发展，同时也为工业技术经济的腾飞发挥着巨大推动作用，充分体现了科学技术是第一生产力；我们设计制造的磁力耦合器应用到超高真空设备—滑动摩擦系数测定实验机上。由于磁力耦合器在传动负载转矩的同时，能够彻底解决设备的全密封问题；滑动摩擦系数测定实验机在分子泵连续抽真空48h 后，测量室的真空度达到10-6?Pa 以上，满足了实验室测试要求；足见其全密封的有效性和可靠性；这为科学研究提供了设备保障，为科研事业的发展起到了促进作用。 1、磁力耦合器的工作原理和主要功能 1.1、工作原理 　　根据磁体磁极的异性相吸、同性相斥原理及其磁力线能够穿过非铁磁性物质的特性；当电动机拖动外磁转子旋转时，通过磁力作用，外磁转子带动密封套内的内磁转子同步旋转，从而实现转矩的非直接接触传动；同时，通过密封套实现了传动转矩时轴端的静态全密封，把传统轴端的动态密封变为安全、可靠的静态密封，从根本上解决了动态轴封“跑、冒、滴、漏”的技术难题。其原理结构如图1 所示。 1.2、主要功能 　　磁力耦合器的主要功能是传动转矩，同时，把轴端传统的机械动密封变为安全、可靠的静密封；当负载转矩超过磁力耦合器的最大传动转矩时，磁力耦合器内、外磁转子会自动脱开耦合状态，起到过载保护的作用；由于磁力耦合传动属于非直接接触的软连接，隔振、减振作用明显。 图1 磁力耦合器原理结构 1. 法兰　2. 内磁转子　3. 外磁转子　4. 隔离套　5. 电机轴　6. 负载轴 2、磁力耦合器的设计 2.1、滑动摩擦系数测定实验机工作参数 　　工作转矩：2 ～ 60Nm；使用温度 120℃；转速：200 ～ 6000r /min；工作环境：真空( 真空度10?-6?Pa 以上) ；连接法兰国家标准的真空法兰；外形尺寸范围：在φ150mm × 200mm 的空间范围。 2.2、磁力传动转矩的计算 　　根据用户提出的工作参数要求和多年应用设计的经验，确定磁力耦合器的基本结构及其几何尺寸，并计算出满足用户工作要求的磁力传动转矩，这是磁力耦合器设计的核心所在。由磁力计算公式： F = (B/4965) 2S ( 1) 　　式中：F———磁吸引力，kg；B———气隙磁密，Gs；S———气隙面积，cm2。 　　根据力学中转动转矩公式T = F × R( T 为转矩，F 为切向力，R 为作用半径) ，同时结合静磁能理论和多年设计应用的实践经验，进行磁力耦合器磁力传动转矩的设计，其磁力传动转矩计算的经验公式是： ? 　　式中：T———磁力传动转矩，Nm；M———磁化强度，A/m；g———重力加速度， 9. 8N/m2 ；h———磁体厚度，m；n———磁极数；S———磁极面积，m2 ；R———力的作用半径，m；a———位移角( 弧度) ；Lg———磁隙，m；　b———磁极宽度，m；η———磁极厚度经验系数( 通常取值0. 7 ～0. 95) ；N———磁极形状系数( 通常取值1. 05) ；k———磁路类型系数( 对拉推磁路k =4 ～6. 4) 。 　　在式(2) 中，当sin( na /2) = 1 时，磁力传动转矩T 有最大值，称之为最大磁力传动转矩Tm；所以，最大磁力传动转矩： 　　为了使磁力耦合器设计的最大磁力传动转矩满足滑动摩擦系数测定实验机的最大工作转矩要求；最大磁力传动转矩计算的准确程度直接影响着磁力耦合器能否正常运行。因此，希望最大磁力传动转矩的理论计算值与实测值的偏差越小越好。本磁力耦合器采用式(3)计算得到的最大磁力传动转矩值为72Nm；实测值为65. 5Nm；计算值与实测值之间的误差仅为9%左右。实测值比设备的工作转矩要求的最大值多出5. 5Nm，这为滑动摩擦系数测定实验机在最大工作转矩的基础上预留了10% 以上的转矩余量，增加了设备运行的可靠性，完全满足使用要求。 2.3、磁路结构形式和对磁体磁性能的基