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磁力齿轮传动作为磁力传动的一种,能够实现无接触动力传递,不仅具有隔振、无摩擦、无噪声、无需润滑,自动过载保护等优点,还可以改变传动的转速和转向,从而省去机械变速装置,减小结构尺寸,减轻结构重量,进一步提高结构稳定性。因此,磁力齿轮日益受到人们的重视,应用前景广泛。
调磁极片是高性能磁力齿轮的重要组成部分,它的引入改善了传统磁力齿轮永磁体利用率低,扭矩传递能力不足等问题。目前对磁力齿轮整体性能的研究较多,而对调磁极片系统的研究较少。本文采用二维有限元法对磁力齿轮进行静态磁场分析,通过单个磁场的作用下对有无调磁极片时磁力线分布以及磁感应强度分布的影响分析,研究分析调磁极片所起到的磁场调制作用,形象地阐述了调磁极片的磁场调制原理。
调磁极片结构设计是磁力齿轮结构设计的关键部分。本文研究了磁力齿轮结构设计方法,探讨了调磁极片的结构设计原则,提出硅钢层叠结构、鼠笼式端面断路结构和鼠笼式端面短路结构三种不同的调磁极片,研究了调磁极片材料的选取方法。运用有限元软件对三种结构进行有限元分析。针对硅钢层叠结构,定义了各部分的名称,从优化设计的角度出发,分别分析了齿高、相对齿宽、连接桥高度等参数对磁力齿轮输出转矩的影响规律。得到了此种调磁极片的最优参数。模拟分析得到采用最优参数调磁极片的磁力齿轮输出扭矩为3.54Nm,相比实验参数下的模拟结果2.98Nm,扭矩提高百分之十九。采用相同的方法对鼠笼式调磁极片参数进行了数值模拟分析。模拟分析得到采用最优参数调磁极片的磁力齿轮输出扭矩为5.8Nm,相比实验参数下的模拟结果4.8Nm,扭矩提高百分之二十一。
效率是磁力齿轮主要特性之一,而损耗的大小直接影响了效率的高低,同时损耗还会引起装置发热,严重时会造成永磁体退磁,影响磁力齿轮传动性能。本文介绍了磁力齿轮的损耗原理,提出减少调磁极片损耗的措施。针对三种调磁极片结构,采用三维瞬态有限元法分别进行了涡流分析,分析了损耗计算结果,找出了损耗变化规律;模拟了三种结构下的输出转矩情况,分析了各种结构下传动性能的优劣。
最后试制了硅钢层叠结构、鼠笼式端面断路结构和鼠笼式端面短路结构的三种调磁极片并进行试验研究,得出其传动比、功率、效率随速度变化的关系。所得结论可以为磁力齿轮的设计与优化提供参考。