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磁性联轴器的转矩数值分析及优化设计

2021-03-16 09:09:58

磁性联轴器的转矩数值分析及优化设计

   磁转矩是磁性联轴器的重要性能指标之一,通常采用经验设计,误差较大,造成磁材料浪费。对磁性联轴器进行简化,采用软件,在二维平面内对磁性联轴器进行了数值模拟,深受磁场分布图和磁转矩值。计算出不同转角状态下的磁转矩值;分别研究了在不同气隙厚度、内外轭铁厚度、内外永磁体厚度、磁及材料、磁及数目状态下的转矩值;并以所用磁性材料较小为目标函数进行了优化设计。磁性联轴器的数值分析和优化设计有重要的工程应用价值,目前磁性联轴器主要一些基于磁路概念的理论和经验数据进行研究,磁性联轴器结构示意图。在确定范围内可以满足设计需要,但有明显的不足:过分依赖于有限几种典型结构的经验公式和经验系数,离开这些结构所覆盖的范围就会导致很大的偏差;没有考虑铁磁材料的非线性,计算精度比较低;基于磁路计算只能给出积分意义下的场量平均值,不能考虑到永磁磁及在不同磁转角下工作点,设计具有片面性。姚永德用有限元法对影响盘式磁性联轴器转矩的各个因素进行了分析,并用试验进行了验证。随着CAE技术的不断应用,已经能够速度适宜准确地对磁性联轴器的磁场进行数值模拟。在磁性联轴器数磁场数值模拟的基础上,对磁性联轴器不同磁转角下的磁转矩进行了研究,对影响磁转矩的各个因素进行了分析并进行了优化设计,使磁性联轴器的设计准确性深受提高,对磁力联轴器的工程设计具有指导意义。磁转子的磁场计算是一个非线性的三维问题,磁转矩传递的物理过程主要发生在气隙中,假设磁转子的气隙尺寸远小于其轴向尺寸,这样在忽略端部效应影响的前提下,将磁场分布的三维问题当作二维问题进行处理。磁转子的内外轭铁均为导磁体,不发生磁饱和,忽略内转子轭铁内侧和外转子轭铁外侧的磁场。磁体在磁路中提供磁势,磁路中气隙磁密度越大,转矩越大。在保护轭铁不饱和的情况下,保持磁转角θ=6°不变,分别改变内外永磁体厚度,深受磁转矩与磁体厚度的关系,在确定范围内,随着永磁体厚度的更加,转矩更加得较快;而当永磁体更加到确定厚度后,转矩更加变慢。这是因为随着永磁体厚度的更加,磁势、磁阻和漏磁也更加,当厚度更加到确定值后,所更加的磁势几乎全部消耗在更加的磁阻和漏磁上,而对转矩的贡献很小。因此,为了提高永磁体的利用率及降低成本,永磁体的厚度不宜太厚。

(1)将磁力泵磁性联轴器的磁场简化为二维磁场,用ANSYS对其模型建立、属性定义、网格划分、边界定义求解处磁性联轴器的磁场分布的方法可行。(2)以一磁性联轴器为例进行数值模拟,深受不同工况下的磁场分布和矩角关系图,结果可信。(3)分析了气隙、轭铁厚度、永磁体厚度及磁及数目对转矩的影响,符合工程实际,可指导具体设计。(4)对磁性联轴器进行了优化设计,有重要的实际应用价值。