Магнітне з’єднання є одним із важливих застосувань постійних магнітних матеріалів. Сьогодні ми систематично ознайомимося з принципом, класифікацією та застосуванням магнітного з’єднання, а також поговоримо про постійний магніт у магнітному з’єднанні.
Що таке магнітний зв'язок?
Муфта є важливим компонентом механічної трансмісії, яка передає крутний момент шляхом з’єднання ведучого та веденого валів. На наступному малюнку показано кілька поширених форм зчеплення, які можуть допомогти вам краще зрозуміти, що таке зчеплення.
|
|
|
Традиційні муфти є контактними і мають відносно складні конструкції. Під час щоденної роботи вони зношуються. Якщо виникає перевантаження, інші механічні частини будуть серйозно зношені, що дуже негативно позначається на стабільності механічного обладнання. Якщо ведучий вал і ведений вал муфти повинні працювати в двох різних ізольованих один від одного середовищах, для динамічного ущільнення необхідно використовувати ущільнювальні елементи. Таким чином, виникає проблема або збільшення опору обертанню для забезпечення надійної герметизації, або витоку через погану герметизацію. Крім того, у міру зношування та старіння ущільнювальних елементів витік буде посилюватися, особливо в системах з шкідливими газами (шкідливими рідинами). Після витоку він забруднює навколишнє середовище та загрожує життю.
Магнітні муфти — це безконтактні муфти, які зазвичай складаються з двох магнітів з ізолюючою кришкою посередині для розділення двох магнітів. Внутрішній магніт з’єднаний з частиною передачі, а зовнішній магніт ефективно з’єднаний із силовою частиною, передаючи потужність через взаємодію магнітного поля NS полюсної зв’язки. Магнітні муфти мають функцію буферизації та поглинання вібрації еластичних муфт. Крім того, він порушує структурну форму традиційних муфт і використовує новий принцип магнітного з’єднання для досягнення передачі сили та крутного моменту між ведучим валом і веденим валом без прямого контакту, а також може перетворювати динамічні ущільнення на статичні для досягнення нульового витоку. Тому він широко використовується в випадках, коли пред'являються особливі вимоги до витоку.
Класифікація магнітних муфт
Загальні магнітні передачі включають синхронну передачу, гістерезисну передачу та передачу вихрових струмів. Завдяки своїм характеристикам вони використовуються в різних сферах. Синхронна передача відноситься до синхронізації виходу та введення. Існує дві поширені структури синхронного зв’язку: плоский магнітний зв’язок і коаксіальний магнітний зв’язок.
1. Площинний магнітний зв'язок
Конструкція: Магніти встановлені на двох дисках однакового діаметру в порядку перетину полюсів NS. Під час використання два диски встановлюються відповідно на ведучий і ведений вал, залишаючи між ними певний повітряний зазор.
Принцип: оскільки N-полюс магніту A притягує S-полюс магніту B на протилежній стороні та відштовхує N-полюси з обох боків магніту B, гарантується, що в межах певного діапазону крутного моменту ведучий вал і ведучий вал зберігаються. обертаються синхронно.
Крутний момент: ця плоска передача має просту конструкцію і не вимагає високої співвісності двох валів під час встановлення. Оскільки він використовує принцип плоского притягання, чим менший повітряний зазор, тим більший крутний момент. Крім того, оскільки крутний момент, що передається, пропорційний площі диска, крутний момент цієї магнітної муфти не може бути занадто великим, інакше вона буде занадто великою та важкою для встановлення.
2. Коаксіальна магнітна муфта
Коаксіальна магнітна муфта є найбільш широко використовуваним пристроєм синхронної передачі в даний час, і її типовим застосуванням є магнітний насос.
Структура: Коаксіальна магнітна муфта складається із зовнішнього ротора, внутрішнього ротора, ізолювальної втулки та системи підшипників. Магніти встановлені по зовнішній окружності внутрішнього ротора і по внутрішній окружності зовнішнього ротора. Магніти є парними полюсами та розташовані по колу в режимі NS-хреста. Вирівнювання робочих поверхонь магнітів внутрішнього і зовнішнього роторів, тобто автоматична муфта. Ізоляційна втулка та підшипникова система в основному використовуються в структурі ущільнення магнітної передачі.
Повітряний зазор та ізоляція: між внутрішнім і зовнішнім роторами існує певний повітряний зазор, який використовується для ізоляції активних і керованих компонентів. Повітряний зазор переважно становить 2 мм-8 мм. Чим менший повітряний зазор, тим вищий ефективний коефіцієнт використання магніту, але тим складніша ізоляція; чим більший повітряний зазор, тим зручніша ізоляція, але менш ефективне використання магнітного поля магніту. Положення радіуса повітряного зазору є робочим радіусом цієї магнітної муфти. При проектуванні крутний момент необхідної передачі можна отримати шляхом регулювання розміру радіуса повітряного зазору.
Коли навантаження перевищує максимальний крутний момент, трансмісія починає «ковзати», тобто магніти переходять із поточного стану зчеплення в наступний стан зчеплення шляхом кругового переміщення. Під час цього процесу ковзання магнітне поле в повітряному зазорі швидко змінюється, і магніти внутрішнього і зовнішнього роторів одночасно розмагнічуються один одним, виробляючи тепло. За короткий проміжок часу температура може швидко піднятися до понад 100 градусів за Цельсієм, що призведе до розмагнічування магнітів і скасування трансмісії. Таким чином, хоча цей тип трансмісії може відігравати роль захисту від перевантаження, він зазвичай не використовується як пристрій захисту від перевантаження.
3. Гістерезис передачі
Гістерезисна передача — це метод передачі, який використовує принцип гістерезису. Звичайні гістерезисні передачі, як правило, є коаксіальними структурами, подібними до синхронних передач. Різниця полягає в тому, що внутрішній і зовнішній ротори використовують різні магнітні матеріали. Загалом, внутрішній ротор (активний вал) використовує матеріали з високою коерцитивною силою та високою залишковою намагніченістю, такі як неодим, залізо, бор. Зовнішній ротор (ведений вал) використовує магнітні матеріали з низькою коерцитивністю, такі як алюміній-нікель-кобальт. Магніти на активному валу розташовані хрест-навхрест відповідно до полюсів NS. Коли навантаження не перевищує номінальний крутний момент, ведений вал обертається синхронно з активним валом; коли навантаження перевищує номінальне значення, внутрішній і зовнішній ротори пробуксовують, і на ведений вал передається тільки номінальний крутний момент. Надлишок енергії виділяється у вигляді тепла під час процесу заряджання внутрішнього магніту та розмагнічування зовнішнього магніту.
Ця структура передачі гістерезису зазвичай зустрічається в магнітних закупорювальних машинах, які можуть гарантувати, що кришки пляшок мають достатню силу затягування, не пошкоджуючи кришки пляшок.
4. Вихрострумовий привід
Заміна матеріалу постійного магніту веденої частини будь-якої з вищезгаданих магнітних муфт неферомагнітними матеріалами з хорошою провідністю, такими як мідь і алюміній, може досягти передачі вихрових струмів, хоча ефективність передачі може бути не дуже високою. Проста дискова структура передачі вихрових струмів показана на малюнку:
На активному диску встановлені високопродуктивні магніти в режимі NS cross. Ведений диск виготовлений з міді з хорошою провідністю. Через мідний диск проходять магнітні силові лінії. Активний диск обертається, а вихровий струм змушує ведений мідний диск слідувати обертанню.
Вихрострумова передача може бути синхронною і асинхронною. Якщо бути точним, синхронна передача вихрових струмів зазвичай має невелику кількість (5%) асинхронності. Наприклад, на вході 1000 об/хв, а на виході 950 об/хв. Цю асинхронність можна прийняти як втрату передачі. Типовим застосуванням асинхронної передачі вихрових струмів є система контролю натягу висувної лінії. Завдяки спеціальному контролю функція регулювання швидкості в певному діапазоні також може бути досягнута за допомогою передачі вихрових струмів.
Постійні магніти, що використовуються в магнітних муфтах
Винахід і розвиток магнітних з’єднань тісно пов’язані з постійним прогресом постійних магнітних матеріалів. Магнітні муфти спочатку виготовлялися з феритових матеріалів, але через свої низькі магнітні властивості вони можуть передавати лише менші крутні моменти в тому ж обсязі, що й традиційні муфти, що обмежує розвиток магнітних муфт.
Магнітні властивості другого покоління постійних магнітних матеріалів самарій-кобальт і алюміній-нікель-кобальт (AlNiCo) набагато вищі, ніж у феритових матеріалів, тому виготовлені магнітні муфти можуть передавати більші крутні моменти. Однак високі ціни на самарій-кобальт і алюміній-нікель-кобальт серйозно обмежують розвиток магнітних передавальних муфт.
Максимальний продукт магнітної енергії (BH) неодимового залізо-борного (NdFeB) постійного магнітного матеріалу становить 428 кДж/м3, що робить його третім поколінням постійного магнітного матеріалу після самарій-кобальту. NdFeB не тільки має кращі магнітні властивості, але й має сильнішу ринкову конкурентоспроможність. NdFeB має високу магнітну енергію, вимагає менше, має хорошу продуктивність обробки, його можна різати та свердлити, а також має високий коефіцієнт виходу. Таким чином, це може зменшити обсяг магнітних муфт, знизити витрати та підвищити ефективність. Він широко використовується в магнітних муфтах передачі.