稀土永磁磁力传动实验研究.docVIP

稀土永磁磁力齿轮传动实验研究 郑伟刚 罗延科 李屹 摘 要 本文试制一种新型传动装置——稀土永磁磁力传动，通过实验对其传动参数（转速n、转矩T、效率η）进行动态测定，所得曲线与传动特性分析，进一步揭示磁力传动的运动规律。 关键词： 稀土永磁齿轮 传动特性分析 实验曲线 ON EXPERIMENT STUDY OF THE GEAR TRANSMISSION WITH RARE EARTH Zheng Weigang Luo Yanke Li Yi Abstract This paper a new drive gearing has been produced棗the gear drive with rare earth magnet. For drive parameters(revolution n, torque T, effectivenessη) It is carry on dynamically determtined by experiment, through got analysis of curve and drive characteristic that they are further rerealed motion law of gear drive with magnet. Key worlds: Rare earth magnetic gear Drive characterise analysis Experiment curve 引言 在现行的机械传动装置中，渐开线齿轮传动占有无可争议的主导地位。尽管其优势是明显的：能实现传动比恒定、平稳、大功率传动等。但在啮合时也存在接触摩擦，磨损，润滑及制造精度等问题。这在传动机械微型化时就显得尤其突出。故在研究微型机械传动的时候，有考虑采用稀土永磁磁力齿轮实现传动。磁力齿轮因非接触靠磁场磁力传递运动而避免了齿轮啮合时的接触摩擦，故没有磨损，润滑问题，结构也变得十分简单。能很好的解决传统齿轮存在的问题。这些年来，关于永磁齿轮传动设计计算方面的研究文章虽已有报道，但在实验研究方面的文章却十分少见。本文通过进行磁力齿轮传动的实验研究，参数测定，探索传动规律。 磁力传动原理 永磁齿轮采用高磁性能的稀土永磁材料制作，通过轮缘磁极间产生的磁场相互耦合，产生磁作用力来传递运动。磁力传动机构的模型如图1所示，环状柱体沿周向由数对N、S极构成。传动静止时，在磁场力作用 下，同性相斥，异性相吸，在两轮连心线上始终 保持Ｎ、Ｓ极相互耦合。此时，磁力线相对两轮 连心线对称，磁极间传动转矩为零。设主从动轮 在连心线上的耦合磁极转角分别为θ1和θ2（静 止时，θ1和θ2均为零），当主动轮转动时（即： θ１0）角之差：θ１ －θ2＝Δθ、称为永磁齿轮传动的 滞后角。在一对耦合磁极分离之前，相邻一对磁 极会跟进进入耦合，从而保证传动连续进行。 传动特性分析 3.1转矩与滞后角 根据电磁场理论，齿轮的磁极产生的磁场 与其磁化电流产生的磁场相同。故轮缘磁体可等 效为具有均匀电流密度的面电流体。其等效物理 模型如图2所示。取面电流元为ＬJmｄs(Jm为面电流密度，L为轮厚度，ｄs为电流元 的宽度），在磁场中，其所受磁场力作用的向量积为∶ ｄF＝ＬJmds×Bｍ （1） 设ｒ为电流元到齿轮回转中心矢径，则所受转矩可表示为∶ Ｔ‘＝∫sｒ×ｄＦ＝∫sｒ×（ＬJmds×Bｍ） ＝∫sL[(r·Bｍ) Jm－（ｒ·Jm）Bｍ] ds （2） 各面电流上作用的转矩叠加，为齿轮传动的总转矩。 即：T＝ΣT‘ （3） 式中: Bｍ＝▽×Ａ＝ (4) Bｍ为磁感应强度；Ａ为磁场的向量磁位。由于影响转矩的因素较多（除磁性材料、磁极极数及直径外，还与耦合气隙，滞后角等有关），特别是在传动中，耦合气隙不断变化等因素，使Bｍ算式复杂，可用数值积分进行求解计算。 设主动轮的极数为N1，相