一种高弹抗偏载永磁联轴器及复合径向刚度解析计算方法技术

本发明专利技术属于磁力隔振技术领域，提供一种高弹抗偏载永磁联轴器及复合径向刚度解析计算方法

【技术实现步骤摘要】
一种高弹抗偏载永磁联轴器及复合径向刚度解析计算方法


[0001]本专利技术属于磁力隔振
，涉及一种高弹抗偏载永磁联轴器及复合径向刚度解析计算方法
。

技术介绍

[0002]大型船舶作为海上的主要运输工具，在我国能源运输
、
海洋资源开发的发展过程中起着关键作用
。
此类装置常采用传统的机械联轴器来传递动力，然而由于制造精度和安装误差等因素，径向偏移和径向偏斜在其实际工作过程中不可避免的存在，这会导致联轴器的转矩传递不均匀，影响传动效率和工作质量，此类问题在低速重载传动中更加明显
。
近年来，随着磁力传动技术的发展，依托于第三代新型永磁材料设计的永磁联轴器具有无接触
、
无摩擦
、
高效率同步传动等优点，可以实现内外转子在一定径向偏移和偏斜下的转矩传递，允许内外转子之间存在一定的安装对中误差，隔振降噪效果显著
。
然而，由于永磁体产生的磁场具有强烈的非线性，极小的径向偏移和径向偏斜都会造成较大的径向力波动以及较大的径向刚度，降低设备振动和冲击的吸收能力，进而影响传动系统的稳定性并且产生振动噪声
。
目前设计的永磁联轴器未考虑径向抗偏载的问题，导致永磁联轴器在使用过程中的径向力和径向刚度过大，无法达到更好的隔振降噪效果
。
此外，在对永磁联轴器结构参数进行设计优化不断迭代的过程中，对于径向刚度的计算主要采用有限元仿真手段，需要不同结构参数的设计域
、
添加多种边界条件约束
、
细化更多的网格来近似模拟实际的情况，以此为基础优化结构
。
这会使得有限元仿真计算过程十分复杂，甚至会出现不收敛的情况
。
若简化有限元计算而节约计算成本，那么其计算精度就无法得到保证
。
因此，设计一种高弹抗偏载永磁联轴器及复合径向刚度解析计算方法对于永磁联轴器的优化设计具有重大意义
。
[0003]针对抗偏载永磁联轴器结构设计，徐俊峰
、
漆复兴等人在专利“永磁耦合联轴器自对中保护装置”(CN201410215313.9)
中内外转子上分别安装有同轴的内外锥结构，其中内锥结构与外锥结构均具有锥度相互配合的内外锥面，以此实现永磁联轴器内外转子之间气隙的均匀度与抗偏载性能，然而在永磁联轴器的实际运行过程中内外锥结构的配合面很容易相互接触，产生摩擦噪声并且内外锥面的限位作用会使得永磁联轴器内外转子在安装及运行过程中不允许有太大的轴向偏移，内外锥结构增加了永磁联轴器内外转子的制造和安装精度，且难以实现内外转子不同轴情况下传递扭矩
。
[0004]针对永磁联轴器径向刚度计算方法，高刚
、
张钢
、
赵志峰等人在
《
径向永磁轴承的轴向力和径向刚度分析
》
一文中利用矢量磁位法在永磁联轴器磁矢量势和磁通密度分布解析计算公式的基础上分析了尺寸参数对永磁轴承轴向力和径向刚度的影响，但其计算方法仅考虑了径向轴承，无法适配目前主流的筒式永磁联轴器的设计计算，且仅考虑了磁力作用，无法适应实际工况
。
[0005]因此，提出一种新型抗偏载结构以及快速
、
准确的复合刚度解析计算方法对于永磁联轴器的研究与发展具有重要意义
。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了弥补现有技术的缺陷，专利技术了一种高弹抗偏载永磁联轴器
。
其目的是利用安装在内外转子间的梯形弹性环被压缩后产生的弹力来抵消偏载作用下一部分电磁力，使永磁联轴器的径向力和径向刚度减小，以此实现径向抗偏载效果
。
并且弹性环采取梯型截面，这能够有效增大弹性环与内外转子之间的接触面积，不仅可以避免应力集中，而且具有良好的抗压能力
。
此外，以
COMSOL
软件仿真获得的偏载力作为边界条件，结合磁场及材料的本构计算模型，对梯形弹性体圆环进行结构参数设计，以此满足在小形变下足以抵抗电磁力的弹力，有效地解决了目前筒式永磁联轴器抗偏载性能差的问题
。
考虑到径向偏移状态下电磁力与弹力的复合作用，若采用仿真计算，其时间成本较高且常常出现不收敛的情况，因此专利技术了一种复合径向刚度解析计算方法，该方法以矢量力等效分解法为基础，将磁场和弹性力学独立分析，最后通过理论公式将其复合得出最终的径向刚度，并引入修正系数以实际仿真结果为标准对计算结果进行修正，有效提高了计算精度，仅需计算两个近似线性变化即可实现复合径向刚度的准确评估
。
该方法在工程应用中具有较好的实用性，计算简单
。
[0007]本专利技术的技术方案：
[0008]一种高弹抗偏载永磁联轴器，主要由内外轮毂以及
N、S
级交替分布的弧形永磁体构成，本专利技术采用的压块
‑
磁体式装配方案能够使永磁联轴器的磁钢占比得到大幅度提高，小型压块配合弧形两侧开槽的永磁体，不仅可以固定磁块，使其在较大的电磁力作用下保持稳定，还可以实现内外转子的满布磁钢布置，使得永磁联轴器传扭性能最大化
。
其次，本专利技术通过内嵌在外转子一侧的梯形弹性环实现永磁联轴器在径向上抗偏载的效果
。
最后，该高弹抗偏载永磁连轴器包括内转子厚盖板
1、
弹性环压条
2、
外转子压环
3、
梯形弹性环
4、
外转子弧形磁体
5、
外转子轮毂
6、
内转子轮毂
7、
内转子弧形磁体
8、
内转子薄盖板
9、
外转子盖板
10
；
[0009]内转子厚盖板1通过沉头口连接在内转子轮毂7一侧；内转子薄盖板9通过沉头口连接在内转子轮毂7另一侧；内转子厚盖板1与内转子薄盖板9轴向固定内转子弧形磁体8，内转子弧形磁体8按照
N、S
级交替形式吸附在内转子轮毂7上；内转子弧形磁体8正好卡在内转子轮毂7上的两个压块之间，紧密排列实现满布；
[0010]外转子压环3通过沉头口连接在外转子轮毂6一侧；外转子盖板
10
通过沉头口连接在外转子轮毂6另一侧；外转子压环3与外转子盖板
10
轴向固定外转子弧形磁体5，外转子弧形磁体5按照
N、S
级交替形式吸附在外转子轮毂6上；外转子弧形磁体5正好卡在外转子轮毂6上的两个压块之间，紧密排列实现满布；
[0011]外转子压环3上均匀分布着8个螺纹孔，通过沉头口固定在外转子轮毂6上，外转子压环3与弹性环压条2上均开有能够相互配合的环形槽，环形槽尺寸比梯形弹性环4稍大
0.5mm
，使梯形弹性环4能恰好固定在槽内，且梯形弹性环4内圈表面与内转子厚盖板1留有
0.5mm
的间隙；永磁联轴器在偏载下，内转子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高弹抗偏载永磁联轴器，其特征在于，该高弹抗偏载永磁联轴器主要由内外轮毂以及
N、S
级交替分布的弧形永磁体构成，包括内转子厚盖板
(1)、
弹性环压条
(2)、
外转子压环
(3)、
梯形弹性环
(4)、
外转子弧形磁体
(5)、
外转子轮毂
(6)、
内转子轮毂
(7)、
内转子弧形磁体
(8)、
内转子薄盖板
(9)
和外转子盖板
(10)
；内转子厚盖板
(1)
通过沉头口连接在内转子轮毂
(7)
一侧，内转子薄盖板
(9)
通过沉头口连接在内转子轮毂
(7)
另一侧；内转子厚盖板
(1)
与内转子薄盖板
(9)
轴向固定内转子弧形磁体
(8)
，内转子弧形磁体
(8)
按照
N
级
、S
级交替形式吸附在内转子轮毂
(7)
上；内转子弧形磁体
(8)
正好卡在内转子轮毂
(7)
上的两个压块之间，紧密排列实现满布；外转子压环
(3)
通过沉头口连接在外转子轮毂
(6)
一侧，外转子盖板
(10)
通过沉头口连接在外转子轮毂
(6)
另一侧；外转子压环
(3)
与外转子盖板
(10)
轴向固定外转子弧形磁体
(5)
，外转子弧形磁体
(5)
按照
N、S
级交替形式吸附在外转子轮毂
(6)
上；外转子弧形磁体
(5)
正好卡在外转子轮毂
(6)
上的两个压块之间，紧密排列实现满布；外转子压环
(3)
上均匀分布有螺纹孔，通过沉头口固定在外转子轮毂
(6)
上，外转子压环
(3)
与弹性环压条
(2)
上均开有相互配合的环形槽，环形槽的宽度比梯形弹性环
(4)
的宽度大
0.5mm
，使梯形弹性环
(4)
恰好固定在环形槽内，且梯形弹性环
(4)
内圈表面与内转子厚盖板
(1)
留有
0.5mm
的间隙；高弹抗偏载永磁联轴器在偏载下，内转子厚盖板
(1)
与梯形弹性环
(4)
相互接触，挤压梯形弹性环
(4)
产生弹力抵抗联轴器的偏载作用；内转子轮毂
(7)
外侧和外转子轮毂
(6)
内侧均有梯形压块；配合梯形压块分别对内转子弧形磁体
(8)、
外转子弧形磁体
(5)
进行限位固定，内转子弧形磁体
(8)
和外转子弧形磁体
(5)
之间紧密排布，使磁钢密度得到了极大的提升，进而提升了高弹抗偏载永磁联轴器的额定转矩；同时，安装在外转子压环
(3)
与弹性环压条
(2)
之间环形槽上的梯形弹性环
(4)
在高弹抗偏载永磁联轴器偏载状态下发生弹性变形，给予内外转子在径向上的弹力，使得高弹抗偏载永磁联轴器具备径向上的抗偏载能力；梯型截面的梯形弹性环
(4)
有效增大与内转子之间的接触面积，避免应力集中且具有良好的抗压能力；最后，内转子轮毂
(7)
外侧和外转子轮毂
(6)
内侧的梯形压块由于规格一致，互换性高，安装便捷；高弹抗偏载永磁联轴器内外转子分别安装完毕后，内转子内嵌于外转子中，内转子厚盖板
(1)
与弹性环压条
(2)
对齐
。2.
一种高弹抗偏载永磁联轴器的复合径向刚度解析计算方法，其特征在于，基于矢量力等效分解法对复合径向刚度进行解析计算，将相互复合的电磁力及弹力独立分析，结合微小形变下径向电磁力和弹力均近似符合线性变化的规律，最终通过计算得出两个力相互影响的复合径向刚度，在此基础引入修正系数对计算结果进行修正，使其更加贴合仿真结果，最终实现复合径向刚度的快速准确评估，为永磁联轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘巍，苏桂龙，罗唯奇，程习康，姜泓任，李阳阳，周孟德，张洋，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：