磁力联轴器高速磁力传动及液磁相干研究

摘要

磁力泵因其无泄漏特性广泛用于制药、航空航天等领域。磁力泵高速化可以提高泵效率，减小泵体积。磁力联轴器作为磁力泵的核心部件，高转速下磁力联轴器“湿”式涡流损失、磁场分布、液磁相干特性尚不清楚。本文以圆筒式径向充磁的磁力联轴器为研究对象，开展高速磁力传动液磁相干特性研究，对于提高高速磁力泵的效率和稳定性具有重要的工程意义,对于高速磁力传动理论具有重要的学术价值。
　　本研究主要内容包括：⑴较为系统的总结了磁力联轴器国内外研究的发展历程，建立了圆筒形径向充磁的磁力联轴器模型，对比分析了静磁场及瞬态磁场，进而得出感应磁场的分布。圆筒式径向充磁的磁力联轴器起主要作用的是磁场径向分量，因此重点分析了转速对磁场径向分量的影响。结果表明：随着转速的增加，感应磁场增强，对原磁场的削弱程度增强，而且转速越高，磁场下降越快，10000rpm时下降最多，为1.7%。⑵建立了圆筒形径向充磁磁力联轴器扭矩计算的解析模型，并采用有限元法仿真，分析了在不忽略感应磁场的情况的扭矩特性，以及转差角、转速对传递扭矩的影响规律。得知：传递扭矩随着转差角的增加而增加，在15°（180°/n，n为磁极数，本研究中n为12）时达到最大，这与不考虑感应磁场时的变化规律相同；随着转速增加，传递扭矩近似线性下降，并且转差角越小，转速对扭矩的影响越大。⑶设计磁场发生装置，并配置不同质量浓度的NaCl溶液，实验探究不同强度磁场对导电液体的粘度及电导率的影响规律，具有创新性。实验获知：随着磁场增强，溶液电导率增加，但并非严格意义上的持续增加，增加到一定程度后甚至出现下降趋势；外加磁场对NaCl溶液和去离子水的粘度确有影响，随着外加磁场的增强，粘度值变大，之后趋于稳定；溶液中粒子越多，粘度值受磁场影响越明显。⑷建立“湿”态磁力联轴器模型，分析计算了不同电导率的输送介质及不同材质的隔离套产生的涡流损失。在此基础上探究了转速、输送介质电导率、隔离套材质、磁极对数、隔离套厚度对涡流损失的影响规律，并提出了5种减少涡流损失的方法。得知：随着溶液电导率的增加涡流损失逐渐增加；隔离套材质不同，涡流损失也不相同，电导率越高，涡流损失越大，材质为1Cr18Ni9Ti时产生的涡流损失约为TC4的2倍；涡流损失随着转速的升高先增加后减小，存在极大值和极小值，在4000rpm附近达到最大值，8000rpm附近达到最小值，8000rpm时隔离套产生的涡流损失比4000rpm时的涡流损失减小82.43%；转速不同，磁极数与涡流损失的关系略有不同，转速在1000rpm~7000rpm时，涡流损失随着磁极数的增加存在极大值和极小值：磁极数为8时涡流损失最大，磁极数为12时涡流损失最小。转速在7000rpm~10000rpm时，涡流损失随着磁极数的增加存在极小值，12级时涡流损失最小。另外，随着磁极数的增加，涡流损失的极值具有向转速小的方向移动的趋势；隔离套越厚，其产生的涡流损失越大。不同厚度的隔离套，转速对涡流损失的影响规律一致，即在4000rpm附近达到最大值，8000rpm附近达到最小值。⑸设计并搭建了高速磁力传动试验台，为后续试验探究磁力联轴器高速磁力传动性能奠定基础。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 磁力联轴器概述

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要工作及研究内容

1.5 本章小结

2 磁力联轴器磁场及扭矩分析

2.1 磁力联轴器磁场解析分析及有限元仿真

2.2磁场有限元分析

2.3 稳态有限元分析与瞬态有限元分析结果对比

2.4 磁力联轴器扭矩特性分析

2.5 扭矩特性影响因素分析

2.6 本章小结

3 磁场对导电液体物理性质的影响

3.1引言

3.2 研究方案及技术路线

3.3 实验样品及设备

3.4实验方法及步骤

3.5 实验结果及分析

3.6 粘度对摩擦损失功率的影响

3.7 本章小结

4 磁力联轴器的“湿式”涡流损失研究

4.1 涡流损失的解析分析

4.2 涡流损失的有限元分析

4.3 影响涡流损失的因素

4.4 本章小结

5 试验台总体设计

5.1试验台的设计要求及其功能

5.2试验台主要组件

5.3试验台工作原理及总体结构设计

5.4试验台冷却循环回路设计

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果