磁力联轴器有限元模型及面向对象方法的实现

磁性联轴器利用磁超距特性,能成功解决较恶劣环境下的动态密封问题,是实现零泄露有效可行方法.传统的设计使用经验公式,有限元方法是解决磁性联轴器精确设计的理想选择.针对同轴式的磁性联轴器磁场,抽象出数学模型,并建立相应的有限元方程,运用面向对象的语言,设计了二维静磁场有限元数值计算应用软件.软件计算结果和实际测得结果吻合,证明模型及设计软件的正确性和适用性.模型对磁性联轴器的设计有理论和实际指导意义.     

磁性联轴器所需偶合力矩计算

提出磁性联轴器所需的最大磁偶合力矩计算及保证不脱偶的条件,并且用试验进行了验证.     

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ANSYS软件,在二维平面内对磁性联轴器进行了数值模拟,得到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、磁极材料、磁极数目状态下的转矩值;并以所用磁性材料最小为目标函数进行了优化设计.磁}生联轴器的数值分析和优化设计有重要的工程应用价值.     

基于交变磁场红外热像的磁性水凝胶缺陷检测

磁性水凝胶是具有磁性纳米粒子的水凝胶,具有独特的磁响应特性,被广泛应用于组织工程支架、生物工程细胞分离、药物载体和环境工程等方面。磁性水凝胶的磁性纳米粒子的分布对其磁响应有着决定性的作用,因此,对于磁性水凝胶的磁性均匀性分析是十分必要的。目前,对于磁性水凝胶的无损检测手段基本空白,鲜见文献报道。磁性水凝胶中磁性纳米粒子在交变磁场作用下由于弛豫作用会产生热量。基于以上研究背景,研究针对磁性水凝胶材料开发一种新型无损检测手段:基于交变磁场的红外热成像检测方法。通过对磁性水凝胶和铜粉硅胶板的检测,验证磁性水凝胶在交变磁场作用下的发热原理;通过对不同浓度磁性水凝胶的检测,验证利用交变磁场的红外热成像对磁性水凝胶中磁性纳米粒子均匀性分析的可行性,并对磁性水凝胶中磁性粒子分布不均、气泡缺陷分别进行检测,结果显示均能较好地检出;基于理论分析得出磁性水凝胶在交变磁场作用下的表面温升速率与其磁性纳米粒子浓度存在线性关系的猜想,通过对不同浓度水凝胶的检测得到的数据进行拟合,证实磁性水凝胶中磁性纳米粒子的浓度与其表面温升速率存在线性关系。     

高速微型球轴承温升特性仿真分析

高温条件下,球轴承发热严重,是影响其寿命的关键因素.针对此问题,采用轴承温升的数学模型与有限元分析相结合的方法,建立高速微型球轴承温升仿真模型,研究了转速、径向载荷以及轴向载荷对轴承温升特性的影响.以695微型球轴承为例,首先采用温升数学理论模型对微型球轴承内部各个组件之间的摩擦力矩和对流换热系数进行理论计算,然后通过有限元分析可得轴承温度场的分布具有一定的对称性.结果 表明:在相同的工况下,转速对其温度影响最大,轴向载荷相对径向载荷对轴承温度影响较小.随后,采用高速实验机对695微型球轴承进行试验验证,实验结果表明试验数据和模型数据温差在2℃到5℃之间,转速、载荷对轴承温升影响与此模型具有良好的一致性,说明所建立的模型可用于分析高速微型球轴承的温升特性.     

电磁式磁性珩磨系统激励优化分析

针对电磁式磁性珩磨系统温升较大，持续加工困难等问题。在保证磁性珩磨系统输出转矩可满足正常启动加工的前提下，对珩磨系统启动输入与稳态输入进行优化。在Maxwell中建立珩磨系统的电磁场计算模型，分析计算磁性珩磨系统所需电磁转矩；以电磁学理论为基础，采用有限元法对磁性珩磨系统电磁转矩进行分析；得到珩磨系统启动和稳态时电磁转矩与输入电压的函数关系，依据经验公式对系统输入参数进行合理的选取；对优化后系统的损耗进行分析计算，并于优化前系统损耗进行对比；通过珩磨系统可持续性加工试验，验证了计算方法和结果的准确性。研究结果表明：优化输入后系统损耗约减少了27.9%；系统稳态时温度由80.3°降低到61.2°。优化输入可有效降低珩磨系统的温升，保证系统加工可持续性。     

磁性润滑脂密封温升及功率损耗的实验研究

磁性润滑脂密封在运转过程中的温升对其使用寿命影响较大.针对这一问题,设计一种多级磁性润滑脂密封实验装置,通过实验研究密封介质压力、磁性润滑脂注入量、密封间隙及转速对磁性润滑脂密封温升的影响,分析不同转速下密封的功率损耗.结果表明:磁性润滑脂的径向截面形状以及剪切速率是温升的主要影响因素;在保证密封承压能力的前提下,适当减少磁性润滑脂注入量,增大密封间隙,可以减少磁性润滑脂的发热量;磁性润滑脂密封的功率损耗随转速升高而增大,且比理论计算结果大,因此在密封系统设计时应予以充分考虑.     

基于ANSYS Workbench的磁力泵磁性联轴器的多目标优化设计

针对磁力泵磁性联轴器单一目标优化设计无法满足设计要求的问题,在ANSYS Workbench平台上利用Design Xplorer优化设计模块与Ansoft Maxwell 14.0三维有限元分模块对磁性联轴器进行了多目标优化设计。通过半经验半理论设计得到了磁性联轴器设计参数作为初始参考设计参数,采用中心组合试验设计(central composite design,CCD)方法与NSGA-II优化算法相结合的方法,得到了性价比最优的磁性联轴器设计参数。研究结果表明,优化目标Tmax/V指标比初始参数提高7%左右,Pw指标降低约9%,通过对磁性联轴器磁性联轴器多目标优化设计降低了生产成本及能耗,满足设计要求。     

电磁式磁性珩磨系统温度场及风冷效能研究

针对电磁式磁性珩磨系统发热严重、无法持续加工等问题,对磁性珩磨系统损耗、温度场模型以及风冷系统等方面进行了研究。建立了电磁式磁性珩磨系统仿真等效模型,分析计算了系统产生的各种损耗;以传热学理论为基础,采用有限元法对磁性珩磨系统稳态温度场进行了仿真分析,得到了系统的温升变化曲线;设计了一套风冷系统,以流体力学知识为基础得到了出风口风速,将风速折算成散热系数,得到了有风冷时磁性珩磨系统的温升特性;最后进行了电磁式磁性珩磨系统温升实验,通过实验结果与计算结果对比,验证了计算方法的准确性。研究结果表明:在转速为600 r/min工况下,加入风冷装置后,电磁式磁性珩磨系统达到稳态时的最高温度为59.3°,低于极限温度75°,系统可以稳定工作。     

同轴型磁性联轴器最大静磁力矩影响因素分析

联轴器是传递运动和扭矩的重要机械部件。通常见到的联轴器有刚性联轴器和柔性联轴器,还有一类联轴器属于非接触式性联轴器,它是靠磁场传动运动和扭矩,称为磁性联轴器。磁性联轴器是一种通过永磁体的磁性将主动抽与从动轴联接起来的新型联轴器。磁性联轴器按照磁力传动的类型,可分为以下四类:涡电流传动,磁滞传动,磁阻传动和同步传动。通常,同步传动联轴器的结构形式有两种:平面磁力传动联轴器和同轴磁力传动联轴器。本文介绍了同轴磁力传动联轴器(简称同轴型磁性联轴器)的结构特点及根据最大静磁力矩公式分析影响最大静磁力矩的因素。