调速型异步磁力联轴器的轴向力及温度场分析与研究

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调速型异步磁力联轴器是异步磁力联轴器在调速应用领域的一大突破。这种联轴器基于电磁感应原理即利用导体转子与永磁转子间的滑差研制出的一种新型的具有调节传递转速与转矩的磁力机械。这种调速型磁力联轴器具有传统磁力机械解决动态密封、减小振动以及过载保护等一系列优点,并且在作为新型调速器相对于传统调速装置如变频器,拥有其无法替代的巨大优势。它不仅能够支持旋转机械中驱动设备的轻载启动,并且也能摆脱变频器这类电气设备对于工作环境的苛刻要求,能够适应恶劣温度以及飞尘环境,这种环境会对电气类设备产生非常大的影响。由于调速型异步磁力联轴器为机械设备,其运作不需要电能,故其能够在电力质量很差如供电电压紊乱、电力谐波、雷击等情况下稳定工作。这种新型的调速型异步磁力联轴器的传动性能以及结构性能具有很高的研究与应用价值。本文主要研究内容及结论如下:  (1)应用等效面电流电磁场数学求解方法并结合毕奥萨伐定律,推导出基于圆筒式永磁体转子磁场的动态空间磁场分布公式。结合之前所推导出的动态空间磁场对电磁力进行数学公式推导,得到了圆筒式磁力联轴器的轴向力计算解析式。利用Magnet电磁场有限元仿真软件模拟得出调速型异步磁力联轴器在不同输入转速、不同转差率的时变轴向力值及输出转矩值,并进行对比分析。  (2)利用ANSYS WORKBENCH有限元仿真软件的稳态温度场分析模块Steady-State Thermal模块对调速型异步磁力联轴器在不同啮合面积下的稳态温度场进行分析,主要结论如下:调速型异步磁力联轴器在输出转速、转差率不变的情况下运转时,其在完全啮合时的温度最高,随着啮合面积的不断减小,温度随之降低。  (3)利用ANSYS WORKBENCH有限元仿真软件针对调速型异步磁力联轴器进行模态分析,得到其自由振动下的各阶模态的固有频率值,并计算得出引起共振的临界转速。引入热-结构顺序耦合的分析方法针对联轴器在完全啮合以及转子相对轴向位移24mm两种不同工况下运转的应力应变做出对比分析,得到其应力应变分布,保证联轴器各部件在各自材料的许用应力下安全工作。  (4)使用热成像仪以及激光测温仪针对调速型异步磁力联轴器在不同啮合面积下的温度特性进行实验测量,分析了其导体转子表面在不同工况下的温升特性。
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