磁性聯(lián)軸器的特點(diǎn)及其選型

向永君

（中冶長天國際工程有限公司,湖南 長沙 410006）

1 介紹磁性聯(lián)軸器的工作原理

磁性聯(lián)軸器屬于非接觸式聯(lián)軸器，一般是由兩個(gè)磁體組成，并且中間設(shè)置隔離罩將這兩個(gè)磁體分開，圖1 所示。內(nèi)磁體與傳動(dòng)件相互連接，外磁體與動(dòng)力件有效的連接。同時(shí)，磁性聯(lián)軸器不僅具有彈性聯(lián)軸器緩沖吸振的功能，還利用磁耦合原理解決傳統(tǒng)聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)而避免運(yùn)行故障的產(chǎn)生。

圖1 磁性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)

一般情況下，磁性聯(lián)軸器大致可以分為平面?zhèn)鲃?dòng)聯(lián)軸器、同軸磁力聯(lián)軸器。同時(shí)，在磁性聯(lián)軸器使用的過程中，磁體是以軸向充磁為主，耦合磁極成軸向配置，這種磁性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)形式為平面磁力傳動(dòng)聯(lián)軸器；同軸磁力傳動(dòng)聯(lián)軸器中的磁體是以徑向充磁為主，并且耦合磁極成徑向配置。

在磁性聯(lián)軸器原理分析的時(shí)候，以同軸磁力聯(lián)軸器為例，主要是由外磁體和內(nèi)磁體、以及隔離罩等方面組成，并且內(nèi)外磁體由沿徑向磁化，充磁方向會(huì)處于相反的狀態(tài)。同時(shí)，在不同極性的基礎(chǔ)之，會(huì)圓周方向進(jìn)行交替排列，需要將其固定在低碳鋼圈之上，這樣可以形成磁斷路連體系統(tǒng)；隔離罩主要是利用非鐵元素的材料制成，并且電阻性能是非常好的。在同軸磁力聯(lián)軸處于靜止的情況下，外磁體的N 極(S 極) 與內(nèi)磁體的S 極(N 極) 處于相互吸引的狀態(tài)，在這個(gè)時(shí)候轉(zhuǎn)矩一般為“0”。另外，磁體受到動(dòng)力機(jī)的影響會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，那么在這個(gè)狀態(tài)下，內(nèi)磁體很容易受到摩擦力和傳動(dòng)阻力的影響，一直處于靜止不動(dòng)的狀態(tài)。但是，在這樣的情況下，外磁體會(huì)出現(xiàn)偏移的現(xiàn)象， 內(nèi)磁力受到外磁力角度偏移的影響，磁體的N 極(S極) 對內(nèi)磁體的S 極(N 極) 出現(xiàn)一個(gè)拉動(dòng)的作用，相反的會(huì)產(chǎn)生一個(gè)推動(dòng)的力，保證內(nèi)磁體依舊處于一個(gè)旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)， 進(jìn)而保證機(jī)械傳輸系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免運(yùn)行故障的產(chǎn)生。

2 磁性聯(lián)軸器的特點(diǎn)

磁性聯(lián)軸器作為我國化工、石油、電鍍等生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備中的一個(gè)部件，并且它的存在可以有效避免機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行故障的產(chǎn)生。以下對磁性聯(lián)軸器的特點(diǎn)，以及其它聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)等相關(guān)內(nèi)容展開了分析和闡述。

2.1 磁性聯(lián)軸器的特點(diǎn)

磁性聯(lián)軸器主要是應(yīng)用到各類機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備之上，主要對兩個(gè)軸進(jìn)行有效的連接，將這兩個(gè)軸處于同一旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，以此傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，磁性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)較為簡單，并且超載的時(shí)候，對其它部件不容易損壞。另外，磁性聯(lián)軸器的使用性能較好，與傳統(tǒng)聯(lián)軸器相比有著非常明顯的突破，可以有效實(shí)現(xiàn)主動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間不能直接進(jìn)行接觸，但是依舊可以進(jìn)行力和力矩的傳遞，降低運(yùn)行機(jī)械設(shè)備故障的產(chǎn)生。

2.2 其它聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

盡管磁性聯(lián)軸器在化工、石油、電鍍等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，但還有很多企業(yè)在使用其它聯(lián)軸器，其它聯(lián)軸器帶來優(yōu)勢的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一些弊端，容易導(dǎo)致機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)輸故障的產(chǎn)生。其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的具體內(nèi)容如下。

（1）優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)聯(lián)軸器一般為接觸式聯(lián)軸器，并且根據(jù)內(nèi)部零件具有一定的彈性。同時(shí)，彈性零件通常是以金屬彈簧和橡膠塑料等為主，因此在傳統(tǒng)聯(lián)動(dòng)器使用的過程中，其緩沖吸振器的功能非常顯著。另外，若是軸線發(fā)生偏移，對傳統(tǒng)聯(lián)軸器的使用狀態(tài)也不會(huì)造成較大的影響。在傳動(dòng)聯(lián)軸器使用的時(shí)候，若是不存在變化磁場的時(shí)候，可以進(jìn)行良好的線性處理，保證相關(guān)設(shè)備的穩(wěn)定性，并且適用于磁場環(huán)境也相對較多，例如：穩(wěn)態(tài)磁場、似穩(wěn)磁場、交變磁場等方面。

（2）缺點(diǎn)。傳統(tǒng)聯(lián)軸器在帶來好處、優(yōu)勢的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一些弊端，主要分為幾個(gè)方面：第一，結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，若是發(fā)生運(yùn)行超載的情況，對其它機(jī)械部件會(huì)造成嚴(yán)重的磨損，對機(jī)械運(yùn)行設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行是非常不利的；第二，傳統(tǒng)聯(lián)軸器若是沒有良好的彈性零件，那么緩沖吸振器的功能能效就會(huì)相對較差，引發(fā)泄漏等故障的產(chǎn)生。

3 磁性聯(lián)軸器國內(nèi)外的使用情況

其實(shí)，磁性聯(lián)軸器在國內(nèi)外應(yīng)用和發(fā)展的過程中，與相關(guān)的泵設(shè)備的組成，會(huì)形成磁力泵，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)大，例如石油、化工、醫(yī)藥、電鍍等方面，主要是因?yàn)檫@些行業(yè)具有一定的特殊性，磁性聯(lián)軸器的有效使用，可以降低泄漏等現(xiàn)象的發(fā)生，避免對周圍環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。換句話說，磁性聯(lián)軸器在這些領(lǐng)域中，發(fā)揮了重要的作用。

另外，在磁性聯(lián)軸器的發(fā)展中，一些新型磁性聯(lián)軸器不斷出現(xiàn)，其扭矩性能也逐漸有所提升，不管是在國內(nèi)還是國外，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。同時(shí)，針對一些工業(yè)發(fā)展較好的國家，磁性聯(lián)軸器發(fā)展已經(jīng)有了成型的標(biāo)準(zhǔn)，并且在市場也已經(jīng)有了成品，可見磁性聯(lián)軸器的發(fā)展市場是非?？捎^的。

4 磁性聯(lián)軸器的扭矩計(jì)算

磁性聯(lián)軸器主要起到的作用就是實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間扭矩的傳遞，但是在扭矩傳遞的時(shí)候，其大小是根據(jù)磁性聯(lián)軸器的相關(guān)參數(shù)所計(jì)算的。在分析磁性聯(lián)軸器扭矩的時(shí)候，可以從以下幾點(diǎn)展開。

（1）磁性聯(lián)軸器扭矩的傳遞主要是利用氣隙磁場所完成，因此在扭矩計(jì)算的時(shí)候，需要對磁場計(jì)算，一般情況下主要是利用磁路法、解析法等方式。但是在此過程中，還需要根據(jù)實(shí)際情況來計(jì)算，因?yàn)榇怕贩ā⒔馕龇ǖ确绞綗o法有效完成相關(guān)計(jì)算，可以利用有限元的方式，完成各項(xiàng)計(jì)算內(nèi)容。另外，在計(jì)算的過程中，需要基于磁力聯(lián)軸器的 FEA模型的基礎(chǔ)之上，對氣隙、磁極數(shù)、槽深、永磁體、銅導(dǎo)線、原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等扭矩的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，這樣才能在最大程度上保證磁性聯(lián)軸器扭矩計(jì)算的準(zhǔn)確性。

（2）在計(jì)算的過程中，可以先進(jìn)行假設(shè)。

①可以先不考慮磁體的磁滯效應(yīng)，并且假設(shè)磁體為各向同性。

②若是非磁性材料的話，需要對轉(zhuǎn)盤、磁體、銅導(dǎo)線等方面進(jìn)行重點(diǎn)考慮。根據(jù)這些假設(shè)，需要選取合理氣隙長度、轉(zhuǎn)子尺寸、磁體尺寸等，對模型進(jìn)行構(gòu)建，這樣可以保證磁力聯(lián)軸器扭矩計(jì)算的準(zhǔn)確性。其計(jì)算公式為：，但是磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）是通過磁矢位（A）所得到的，那么需要利用。但同時(shí)，在計(jì)算的過程中，還需要利用等一系列公式展開計(jì)算。在計(jì)算公式中，μ 為磁導(dǎo)率、B 為感應(yīng)強(qiáng)度、A 為磁矢位、Δ 為矢量微分算子、J 為傳導(dǎo)電流密度。另外，在計(jì)算的過程中，磁力聯(lián)軸器模型的氣隙若為平面型，那么方向需要沿著磁力聯(lián)軸器的軸線，并且磁場分布均勻性相對較差?；谶@樣的情況，可以利用FEA 軟件對磁場分布進(jìn)行處理，以此保證其均勻性。

（3）假設(shè)磁體磁極參數(shù)為18，從動(dòng)轉(zhuǎn)子上的槽數(shù)參數(shù)為16，利用相應(yīng)的軟件構(gòu)建磁力聯(lián)軸器有限元模型，并且根據(jù)屬性進(jìn)行網(wǎng)格劃分。同時(shí)，磁力聯(lián)軸器在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁場，再利用瞬態(tài)分析的方式對磁場進(jìn)行計(jì)算。另外，需要根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布，展現(xiàn)磁力聯(lián)軸器扭矩的計(jì)算，其準(zhǔn)確性也相對較高，計(jì)算過程也相對較為方便。

5 選型時(shí)應(yīng)注意的問題

（1）磁力聯(lián)軸器作為一些標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的必須品。因此，在磁力聯(lián)軸器選型的時(shí)候，需要了解其相關(guān)規(guī)定、機(jī)械行業(yè)生產(chǎn)等方面，選擇相對合適的磁力聯(lián)軸器類型。但是，在磁力聯(lián)軸器選型的過程中，若是沒有找到相符的型號(hào)，可以與生產(chǎn)制造商聯(lián)系，制定相符的磁力聯(lián)軸器。

（2）磁力聯(lián)軸器在選型的過程中，一定要考慮機(jī)械運(yùn)輸系動(dòng)力機(jī)的需求，并且根據(jù)動(dòng)力機(jī)以及工作機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速等相關(guān)參數(shù)，對其扭矩進(jìn)行計(jì)算，這樣可以保證磁力聯(lián)軸器選擇的合理性，保證其使用性能。

（3）需要對主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的軸徑、軸孔長度等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行確定，并且基于這些參數(shù)，選擇磁力聯(lián)軸器的型號(hào)。同時(shí)，還需要考慮主動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間扭矩轉(zhuǎn)速的狀態(tài)，需要保證主動(dòng)軸和從動(dòng)軸是否處于相同的狀態(tài)，軸徑參數(shù)處于標(biāo)準(zhǔn)、合理的范圍內(nèi)。

（4）需要對周圍環(huán)境進(jìn)行考慮，根據(jù)環(huán)境中各項(xiàng)影響因素調(diào)節(jié)磁力聯(lián)軸器的各項(xiàng)參數(shù)，這樣可以在一定程度上保證磁力聯(lián)軸器的適應(yīng)性。另外，在選型以后，需要對其強(qiáng)度進(jìn)行審核，根據(jù)審核的情況最終確定磁力聯(lián)軸器的型號(hào)，進(jìn)而保證機(jī)械運(yùn)輸系統(tǒng)使用的穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

綜上所述，本文從不同方面和角度，對磁力聯(lián)軸器的相關(guān)內(nèi)容展開了分析和闡述，其目的就是保證磁力聯(lián)軸器在使用時(shí)候的穩(wěn)定性，為相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)給予了一定的支持。