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船用双气隙异步盘式磁力联轴器的有限元分析

2021-03-15 16:52:13

船用双气隙异步盘式磁力联轴器的有限元分析

     针对“育鲲轮”船用双气隙异步盘式磁力联轴器的使用性能,运用软件对其进行有限元分析,深受其磁场强度分布、涡电流密度分布和扭矩。用搭建的磁力联轴器试验台对稳态扭矩进行了试验测量与验证,仿真分析得出的扭矩与试验结果符合较好,为磁力联轴器扭矩的分析提供了理论依据。此外对不同工况下的联轴器传动效率进行了对比分析,得出其传动效率在93以上,为磁力联轴器在船舶领城的广泛应用提供确定的理论依据和借鉴。

磁力联轴器以非接触连接的方式替代了机械联轴器物理硬连接,与机械联轴器相比,磁力联轴器具有绝 对密封、过载保护和允许轴不对中等优点,降低了安装过程的对中要求。在石油石化、电力、船舶等行业行业深受较为广泛的应用。磁力联轴器按工作原理可分为两大类:同步式和异步式,同步式磁力联轴器多用于有密封要求的场合。按结构形式可分为:轴向式和径向式。异步式(涡流式)永磁联轴器是通过导电体和永磁体之间相对运动,导电体产生涡电流,涡电流又将感生一个感应磁场并与永磁场相互作用,从而实现转矩的传递。因为主、从动体之间存在相对运动(滑差),异步式永磁联轴器通过改变气隙尺寸来改变输出轴转速。以前提出了一种铜盘通过气隙带动永磁转子进行功率传递的非接触传动技术,磁涡流柔性传动技术发展很快。本文针对“育鲲轮”船用双气隙异步盘式磁力联轴器的工况,研究的是固定气隙、小滑差轴向盘式异步磁力联轴器,对其性能进行了仿真分析和试验研究。利用有限元软件,对其进行有限元分析,得出铜环中的磁场分布、电涡流分布以及传动转矩值,并对仿真结果进行验证。为磁力联轴器在船舶行业的广泛应用提供确定的理论依据和借鉴。初始状态下的永磁转子是静止的,设置的转速相当于给永磁转子一个突变转速,因此永磁转子的速度随时间的变化类似于阶跃响应:较开始的一段时间内,转速从0开始逐渐大的,较后稳定在给定的转速。有限元仿真时扭矩输出随时间的变化趋势与永磁转子的速度随时间的变化趋势相似。但对于一个平稳运行的双气隙异步盘式磁力联轴器,其扭矩值应该是比较稳定的,故应取稳定的扭矩值作为磁力联轴器的评价指标。运用软件对磁力联轴器的传动转矩进行仿真,主要包括以下步骤:(1)建立磁力联轴器的物理模型;(2)设置求解器,进行网格划分;(3)施加激励源和设定边界条件;(4)设置求解区域;(5)进行求解;(6)后处理查看结果。磁力联轴器由两部分组成:一部分是永磁转子,与负载侧相连;另一部分是铜转子,与驱动侧相连;通过铜转子和永磁转子之间的气隙传递功率和扭矩。