高转速磁性液体密封结构的优化设计

普通磁性液体密封装置应用于高转速轴密封时,因离心作用的影响会引起磁性液体出现大量迁移,导致密封性能变差,高转速过程中产生的大量摩擦热引起磁性液体温度升高,导致磁性液体黏度降低、密封性能受损。设计一种适用于高转速的磁性液体密封结构,在普通磁性液体密封结构的基础上通过互换旋转磁极与静止磁极位置,消除离心力对磁性液体的影响;通过增加非导磁套筒,加快热量传递,降低磁性液体温度。对密封结构关键部件的几何参数进行优化,确定磁极和永磁体的径向尺寸、永磁体的轴向长度,优化后密封间隙处磁通密度分布更均匀,磁通密度梯度更大,密封性能最优。通过ANSYS分析,模拟出高转速磁性液体密封结构中磁通密度的分布和极齿上的磁通密度大小,证实密封结构优化的合理性。     

夹芯磁路下大轴径磁性液体密封性能研究

大直径轴的径向跳动使得磁性液体密封间隙大幅增加,严重削弱了磁性液体密封耐压性能。针对大直径大间隙轴密封耐压能力减弱问题,设计一种具有夹芯磁路的磁性液体密封结构。采用数值模拟的方法研究夹芯磁路下磁性液体密封结构的磁场特性与密封性能,分析夹芯磁路密封结构中密封间隙磁场分布特征,对磁性液体密封经典结构与该新型结构的理论耐压值进行比较和分析。结果表明：与经典磁性液体密封结构相比,该夹芯磁路新型密封耐压能力平均提高约20%,其中在大间隙下耐压能力提升效果更明显;相比于经典磁性液体密封结构,夹芯密封结构的内永磁体使得通过轴的近表面磁力线数量更多;且夹芯密封结构具有更大的磁通密度差值,因而具有更强的聚磁能力。     

高速离心泵磁性液体新型旋转密封结构的设计及实验研究*

针对垃圾焚烧工程急冷系统中高速离心泵密封问题,设计一种五极六靴二十四齿的磁性液体旋转密封装置,该装置适用于焚烧的高温烟气环境条件,使用寿命长。理论上推导考虑温度和离心力因素的磁性液体密封耐压公式,得出密封耐压力为线速度的二次函数,温度的一次函数。用Ansys有限元分析软件计算该密封结构分别在间隙0.4、0.5、0.6和0.7 mm下的磁性液体磁场分布。结果表明:密封耐压能力随着密封间隙的减小而逐渐递增,而由于漏磁的存在,递增的程度并非线性的;磁力线分布表明,在第一、六极靴和二、五极靴处漏磁较大。密封实验中得出最大间隙为0.7 mm时单级密封耐压能力达到51.7 kPa。     

典型磁流体密封结构磁场有限元分析

采用ANSYS有限元分析软件进行了较大密封间隙的典型三极齿磁流体密封结构的磁场有限元分析，并将密封间隙的磁通密度分布分为轴向和径向分别进行分析和讨论，结果表明：在靠近导磁轴的一侧，中间极齿附近磁通密度差值远小于靠近极齿侧的差值；同时密封间隙处存在显著的、会造成磁性液体纳米粒子浓度梯度分布的径向磁通密度梯度。这两个效应使靠近导磁轴一侧的区域成为密封截面上最薄弱环节，是造成较大密封间隙的磁流体密封性能下降的主要原因。     

分瓣式密封装置磁性液体平面密封研究

为解决现有密封装置在试验、装配、使用中需要更换极靴造成的成本增加、效率降低等问题,设计一种磁性液体旋转密封与磁性液体平面密封相结合的分瓣式磁性液体密封结构,并且基于基尔霍夫第一定律和磁路欧姆定律理论,推导了磁性液体平面密封耐压性能理论,采用有限元分析法,针对不同密封间隙以及不同极靴齿宽,对平面密封结构间隙内磁场强度进行了模拟计算。结果表明:该结构具有很好的密封能力,密封间隙和齿宽都是影响密封性能的关键参数,密封间隙越大,漏磁现象越严重,密封性能越低;齿宽为0.4 mm时密封性能最佳,超过1.6 mm后,密封性能很低。理论分析与模拟结果能为不同密封装置性能的评价以及界面失效临界压力的预估提供参考。     

磁液密封装置

磁液密封装置工作介质采用磁性液体,它是铁磁性颗粒的胶体溶液,具有很高的磁性。如图1所示,旋转体1装在内有环形磁铁3的环形极靴2内,在轴和极靴之间的间隙内安放磁性液体4。它具有良好的流动性,可以充填间隙;并保持环形磁铁磁场,以达到可靠的密封。磁液密封装置与通常密封装置相比有很多优点。它有较高的密封性和可靠性,对密封表面加工光洁度要求较低。相反,在一定范围内较大的表面粗糙度还     

卧式柱塞泵曲轴的磁性液体密封设计*

卧式柱塞泵曲轴密封的可靠运行是曲轴轴承实现润滑与液压支架稳定供液的重要基础。基于磁性液体密封理论,设计一种单磁源梯度齿宽磁性液体密封结构,采用数值模拟的方法研究磁性液体密封结构的磁场分布特征,并分析不同密封间隙和转速对密封耐压性能的影响。结果表明：与均匀极齿宽度磁性液体密封结构相比,梯度极齿宽度密封结构平均耐压能力约提高11%;梯度齿宽密封结构中,随着极齿与永磁体距离的增大,各极齿耐压能力逐渐增强;随着密封间隙的增大,离心力引起密封失效的极限转速逐渐减小。     

一种新型的可靠密封装置——ML型磁液密封器

磁液密封的工作介质是采用磁性液体,它是铁磁性颗粒的胶体溶液,具有很高的磁性。磁液密封器的结构示意图如图示,轴1为旋转体,极靴2内装有环形磁铁3,极靴和     

大间隙磁性液体与迷宫交替式组合密封的数值及试验研究

为了提高大间隙磁性液体密封的耐压能力,在多级磁源磁性液体密封的基础上提出一种新型的磁性液体与迷宫交替式组合密封结构并设计一种普通的具有二级磁源的磁性液体与迷宫交替式组合密封结构。试验研究0.3 mm到0.7 mm间隙下具有机油基、煤油基和酯基磁性液体的交替式组合密封耐压能力,数值模拟该交替式组合密封中密封间隙内的磁场强度,由磁性液体密封耐压理论计算出该交替式组合密封中磁性液体密封的理论耐压值,对交替式组合密封的试验结果与该交替式组合密封中磁性液体密封的理论耐压值进行比较和分析。结果表明,与多级磁源磁性液体密封相比,该交替式组合密封显示良好的密封能力;当密封间隙大于0.4 mm时,该交替式组合密封的耐压能力随着间隙的增大而减小。     

柔性极靴磁脂密封温度场和传热性能的研究

针对现有磁脂密封密封能力有限、运行时极靴易与转轴发生刚性磕碰;而刷式密封摩擦生热较大、不能实现零泄漏等问题,综合磁脂密封与刷式密封的特点,提出了新型柔性极靴磁脂密封。利用GAMBIT和FLUENT软件建立柔性极靴磁脂密封的数值分析模型,对比分析了柔性极靴磁脂密封理论上的温度场分布以及磁脂温升规律等传热特性。结果表明:密封的接触线速度、柔性丝的直径、排列倾角和安装过盈量都会对磁脂温度变化产生一定的影响;排列倾角和安装过盈量对磁脂温升的影响有限。由于涂层厚度过小,改变涂层材料,对磁脂温度的影响较小。此外,建立了柔性极靴磁脂密封试验系统,验证了随着转轴转速的增加,柔性极靴密封功耗和磁脂温度会有明显的上升。     

水轮机主轴磁流体密封间隙流场关键参数研究

水轮机主轴磁流体密封装置间隙流场因工况和物理场的复杂性一直是磁流体密封研究难点。为研究水轮机主轴磁流体密封装置间隙内磁流体流动特性,建立主轴密封间隙流场数值模型并通过试验进行了验证;通过数值计算研究密封间隙、极齿宽度、极齿高度和极齿槽宽度对磁流体流动的影响。结果表明：极齿附近磁流体不受结构参数影响,基本保持不动;当密封间隙小于0.6 mm时,间隙内磁流体基本不发生流动,当密封间隙超过该值后,极齿槽和永磁体附近磁流体随间隙增加流动加剧,速度线性递增;极齿槽和永磁体附近磁流体随极齿宽度递增流动减弱,速度先线性递减,在3.0~3.5 mm极齿宽度时急剧减小,最后趋于稳定;随着极齿高度和极齿槽宽度逐渐增加,极齿槽和永磁体附近磁流体流动会减弱,极齿槽附近磁流体速度在极齿高度为1.0~3.5 mm和极齿槽宽为3.0~12 mm速度急剧减小,最后趋于稳定,而永磁体附近磁流体速度一直呈线性递减。     

磁流体加速度传感器的研究与设计

介绍了加速度传感器的应用和磁流体的特性，给出一种磁流体加速度传感器的结构，分析了磁流体加速度传感器的原理，该加速度传感器以磁流体的粘性力作为粘性阻尼，不需要移动的机械装置，克服了普通传感器触点的磨损难题，可以提高传感器的使用寿命和抗过载能力。传感器中采用环形永磁铁，通过对两种充磁方式的永磁铁的磁场和磁场力分析，选取辐射状充磁的永磁铁。最后设计外围电路将输出结果通过LED显示。     

磁性流体密封装置主要结构参数的设计及分析

介绍了磁性流体密封原理.通过数值计算对磁性流体密封的结构参数进行了设计,给出了磁钢材料及尺寸的设计原则,研究了单级密封压差与磁极斜角、极尖宽度和密封间隙的关系,分析了多级密封的级数对磁性流体多级密封的影响,给出了最优取值范围,对设计和应用磁性流体密封装置具有指导意义.     

Coaxial twin-shaft magnetic fluid seals applied in vacuum wafer-handling robot

Compared with traditional mechanical seals,magnetic fluid seals have unique characters of high airtightness,minimal friction torque requirements,pollution-free and long life-span,widely used in vacuum robots.With the rapid development of Integrate Circuit(IC),there is a stringent requirement for sealing wafer-handling robots when working in a vacuum environment.The parameters of magnetic fluid seals structure is very important in the vacuum robot design.This paper gives a magnetic fluid seal device for the robot.Firstly,the seal differential pressure formulas of magnetic fluid seal are deduced according to the theory of ferrohydrodynamics,which indicate that the magnetic field gradient in the sealing gap determines the seal capacity of magnetic fluid seal.Secondly,the magnetic analysis model of twin-shaft magnetic fluid seals structure is established.By analyzing the magnetic field distribution of dual magnetic fluid seal,the optimal value ranges of important parameters,including parameters of the permanent magnetic ring,the magnetic pole tooth,the outer shaft,the outer shaft sleeve and the axial relative position of two permanent magnetic rings,which affect the seal differential pressure,are obtained.A wafer-handling robot equipped with coaxial twin-shaft magnetic fluid rotary seals and bellows seal is devised and an optimized twin-shaft magnetic fluid seals experimental platform is built.Test result shows that when the speed of the two rotational shafts ranges from 0-500 r/min,the maximum burst pressure is about 0.24 MPa.Magnetic fluid rotary seals can provide satisfactory performance in the application of wafer-handling robot.The proposed coaxial twin-shaft magnetic fluid rotary seal provides the instruction to design high-speed vacuum robot.     

磁珠分离式样品提取微流控芯片的磁珠运动速度建模及特性研究

为提高磁珠分离式生物医学样品的提取效率,采用永磁和软磁体相结合的磁场设计结构,提出一种新型磁珠分离式样品提取微流控芯片。利用静磁学和流体力学基本原理推导出流场中磁珠运动的速度模型,通过多物理场耦合仿真软件对流场中磁珠运动规律进行瞬态仿真,分析软磁体的结构和分布对微流道内磁珠的水平分速度以及竖直分速度的影响关系,计算不同设计结构所允许的磁珠完全吸附时微流道中最大允许流量。结果表明,增大软磁体的厚度可以快速减小磁珠水平运动的速度,并减小其在垂直方向上的波动,且在双软磁体作用时,软磁体的间距越大,水平方向和垂直方向的速度波动越大;间距越小,磁珠粒子速度稳定的时间越短。     

调制式永磁齿轮气隙磁场及转矩分析计算

针对有限元法(Finite element method,FEM)计算调制式永磁齿轮的气隙磁场及转矩时,计算机资源占用率过高且结构参数优化周期较长等缺点,采用"场"、"路"结合的分析方法,建立适于计算机建模的气隙磁场及转矩的数学解析模型。根据恒定磁场中的标量磁位理论,通过求解不同边界条件下的微分方程,获得调制式永磁齿轮中高速永磁圈在无调磁环状况下的气隙磁场数理模型;将引入调磁环后所产生的调制效应表示为等效磁路中的气隙磁导,进而获得调制函数,并以此建立高速永磁圈在有调磁环状况下的气隙磁场数理模型;再将低速永磁圈中的永磁体等效为电流模型,并根据电流在磁场中所受的洛仑兹力进行转矩建模。经算例计算表明,所建模型与FEM计算精度相当,但速度更快,且适于计算机程序化,易于实现调制式永磁齿轮的结构参数分析与优化。     

调磁式异步磁力联轴器三维气隙磁场研究

针对一台14对极21个调磁极片的调磁式异步磁力联轴器,为研究其气隙中永磁磁场与调制磁场的空间分布规律,利用有限元模拟的方法,得出静态与瞬态下三维气隙磁场的分布及周期性;基于等效面电流法,采用Matlab软件进行离散化编程求解,得到外气隙永磁磁场沿径向、周向及轴向的三维空间分布及周期性;采用多维高精度数字化测磁装置对联轴器的永磁磁场及调制磁场进行两种不同方案的三维测量。结果表明,永磁磁场与调制磁场均呈现周期性分布,其周期数分别为14、7;瞬态下气隙磁场的磁感应强度幅值大于静态时的幅值;气隙磁场存在端部效应,气隙磁场径向与周向分量的端部磁场小于中间磁场,轴向分量则相反;测量结果与模拟结果、解析结果具有很好的一致性。     

磁流体液体动密封装置中磁极参数的优化设计

根据磁流体密封的工作原理，通过对密封结构模型的简化，采用有限元方法数值计算了磁极参数不同时密封间隙中磁场的轴向分布。根据磁场分布对密封性能的影响，选取了磁流体液体动密封装置中磁极的合适形状，确定了磁极极尖宽度和磁极倾斜角等参数的最佳值。     

磁力光整加工铝镁合金永磁极研究

以主轴改造后的XK7136C数控铣床为平台,以AZ31系镁合金与7075-T651铝合金为研究对象,通过理论计算与磁场仿真,设计出适用于加工铝镁合金结构材料平面的强永磁材料磁极,并采用雾化快凝球形磁性磨粒进行试验,以验证该种光整加工方法的可行性及球形磨粒性能。使用“米字槽”与“田字槽”两种磁极分别对两种材料进行研磨实验。实验结果表明：两种端面开槽方式均可防止磨料的局部堆积,保证磨料的流动性,并使端面磁通密度增大,磁场强度梯度增大,提高研磨效率。两种磁极所研磨表面粗糙度分别为0.126 μm和0.148 μm,端面拥有更大磁通密度的“田字槽”磁极前期研磨效率更佳。