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磁力機(jī)械研究綜述論文
摘要：本研究簡要介紹了磁學(xué)理論的發(fā)展歷程，選取現(xiàn)代工程磁學(xué)典型應(yīng)用案例進(jìn)行深入全面的分析，對(duì)比分析了不同磁力機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)未來磁力機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。
關(guān)鍵詞：磁力機(jī)械；研究：設(shè)計(jì)方法
中圖分類號(hào)：TH。39 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674—8646（ 2014 ）02—0068—01
在過去20年時(shí)間里，我國磁性材料獲得了快速發(fā)展，取得了一系列突出理論研究和實(shí)踐應(yīng)用成就，在部分領(lǐng)域達(dá)到了國際一流水平。但是同發(fā)達(dá)國家相比，國內(nèi)磁力機(jī)械方面的研究還存在不小差距。本研究著重闡述這方面的理論研究進(jìn)度和發(fā)展趨勢。
1 磁學(xué)的現(xiàn)代應(yīng)用
上世紀(jì)中期以來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，磁性應(yīng)用技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，取得了一系列突出成就。磁的應(yīng)用范圍不斷拓展，從原來的電力應(yīng)用領(lǐng)域逐漸向計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、機(jī)械力學(xué)等方面發(fā)展，相關(guān)零配件種類也日益多樣化。經(jīng)過多年的發(fā)展，磁原理的實(shí)用技術(shù)在生活中隨處可見，成為社會(huì)生產(chǎn)生活不可缺少的重要技術(shù)之一。
2磁力機(jī)械種類與典型磁力機(jī)械介紹
根據(jù)磁場源劃分，可以將磁力機(jī)械分為永磁型、電磁型和永磁電磁混合型三種類型。以下是幾種比較常見的磁力機(jī)械設(shè)備。
2。1磁力齒輪
磁力齒輪的主要制作材料是稀土永磁材料，其運(yùn)動(dòng)主要由磁場力驅(qū)動(dòng)。外嚙合磁力齒輪傳動(dòng)是由一對(duì)圓柱磁體或圓環(huán)柱體構(gòu)成，其中每個(gè)柱體均被徑向多極充磁。內(nèi)嚙合磁力齒輪傳動(dòng)的大齒輪是圓環(huán)體，齒輪齒條磁力傳動(dòng)中的齒條則是一磁極沿長度方向分布的帶狀磁體。目前磁力齒輪在應(yīng)用中需解決的主要問題是實(shí)現(xiàn)大扭矩和傳動(dòng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化等問題。
22磁力軸承
磁力軸承的主要工作原理是利用磁場力為轉(zhuǎn)軸提供懸浮力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子與定子之間零接觸，目前比較常用的磁力軸承主要有永磁軸承、電磁軸承、混合磁軸承等。其中，永磁軸承具有比較廣泛的應(yīng)用，它主要由轉(zhuǎn)動(dòng)磁環(huán)和靜止磁環(huán)組成，借助磁場力實(shí)現(xiàn)磁環(huán)懸浮，以此降低轉(zhuǎn)子與定子之間的摩擦力，提高機(jī)械運(yùn)行效率。它有一個(gè)比較致命的缺陷，就是具有不穩(wěn)定力學(xué)狀態(tài)。電磁軸承工作原理是利用定子對(duì)轉(zhuǎn)子的磁吸引力保持轉(zhuǎn)子處于懸浮狀態(tài)，其采用的電磁鐵結(jié)構(gòu)經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，通過控制流經(jīng)電磁鐵線圈電流大小來實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)切換和轉(zhuǎn)變。只要保證設(shè)計(jì)參數(shù)科學(xué)合理，就可以實(shí)現(xiàn)電磁軸承最大化的承載力和運(yùn)行效率。
2。3磁力彈簧
磁力彈簧采用永磁材料制作，其工作原理同永磁磁力軸承相同，它通過采用不同規(guī)則的磁環(huán)排列方式，通過不同磁環(huán)、不同方向的電磁力相互作用產(chǎn)生彈性力。磁力彈簧采用稀土永磁材料制作而成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，具有良好的工作穩(wěn)定性。
3 磁力機(jī)械設(shè)計(jì)與分析中的常用方法
3。1磁力機(jī)械設(shè)計(jì)的基本問題
磁力機(jī)械設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容是確定科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行規(guī)范，最大程度地提高磁能轉(zhuǎn)化和利用效率，為機(jī)械運(yùn)動(dòng)提供充足的動(dòng)力。一般而言，磁力機(jī)械設(shè)計(jì)主要由兩部分內(nèi)容組成：即機(jī)械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)和磁場部分設(shè)計(jì)，二者相互影響，相互促進(jìn)。磁場部分設(shè)計(jì)是磁力機(jī)械設(shè)計(jì)的重要工作內(nèi)容，它主要解決以下幾方面問題：執(zhí)行器靜力平衡、磁場受力分布、媒介組合設(shè)計(jì)以及場源尺寸設(shè)計(jì)等。在磁力機(jī)械開發(fā)性設(shè)計(jì)中遇到的首要問題就是磁場設(shè)計(jì)問題，也稱為反向問題，至今還沒有系統(tǒng)成熟的解決辦法，相比較而言，磁場分析問題即正向問題得到多種可行的解決辦法。因此在磁場設(shè)計(jì)中可以轉(zhuǎn)化為磁路設(shè)計(jì)，即化“場”為“路”，并可以參照磁場分析問題的求解方式進(jìn)行校驗(yàn)修正，是一種行之有效的方法。
3。2磁力機(jī)械設(shè)計(jì)中電磁計(jì)算與分析方法
3。 2。1圖解法
圖解法的應(yīng)用比較廣泛，是一種實(shí)用性很強(qiáng)的計(jì)算方法。在現(xiàn)實(shí)工作中，經(jīng)常會(huì)遇到磁場分布過于復(fù)雜難以提取全部計(jì)算參數(shù)的情況，這時(shí)可以利用圖解法來計(jì)算，在保證計(jì)算精度不超過設(shè)計(jì)要求的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)二維場或軸對(duì)稱場的分解計(jì)算。對(duì)電動(dòng)機(jī)或一些電器的氣隙磁導(dǎo)的確定常用圖解法，在電磁場場圖的分析研究中也常使用圖解法。
3。 2。2試驗(yàn)法
電磁場試驗(yàn)法應(yīng)用十分廣泛，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。試驗(yàn)法主要有兩種：即實(shí)測法和電模擬法。前者主要測試電磁設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和磁場性能系數(shù)，并以此為基礎(chǔ)計(jì)算設(shè)備的總體運(yùn)行參數(shù)和負(fù)荷。電模擬主要采用模型來模擬分析真實(shí)電磁裝備運(yùn)行情況和內(nèi)部規(guī)律，模擬量與原電磁模型之間具有一一映射的關(guān)系，以保證電模擬結(jié)果貼近真實(shí)情況。
4 磁力機(jī)械未來發(fā)展趨勢展望
綜合上述分析結(jié)果，今后磁力機(jī)械技術(shù)發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾方面：
A。磁力機(jī)械應(yīng)用范圍不斷拓寬。當(dāng)前，磁力機(jī)械已開始向一些新的領(lǐng)域滲透和發(fā)展，具有比較明顯的應(yīng)用擴(kuò)展趨勢。隨著磁力機(jī)械技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些過去磁力機(jī)械無法涉足的地方將會(huì)被開發(fā)和利用，為磁力機(jī)械的應(yīng)用提供廣闊的發(fā)展空間。
B。為了在設(shè)計(jì)和分析過程中使模型更加合理，可以使用禍合和非線性的磁力機(jī)械系統(tǒng)建模方法。在磁力機(jī)械中使用數(shù)學(xué)模型時(shí)，可以考慮位移場、溫度場和電磁場等多場禍合效應(yīng)的影響，在考慮多種影響下可以使模型更加真實(shí)，反應(yīng)工作過程更加生動(dòng)。
C。隨著科技發(fā)展水平的不斷提高，磁力機(jī)械系統(tǒng)理論也將獲得快速發(fā)展機(jī)會(huì)。而磁力機(jī)械理論的成熟和完善，將會(huì)促進(jìn)磁力機(jī)械學(xué)磁場設(shè)計(jì)理論的發(fā)展。未來磁力機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)將會(huì)朝著更加精細(xì)化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。磁力機(jī)械經(jīng)歷了漫長的發(fā)展歷史，隨著科技技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，磁力機(jī)械技術(shù)將會(huì)獲得更廣闊的應(yīng)用空間。我國擁有豐富的磁力機(jī)械開發(fā)和利用資源，以及廣闊的市場需求，未來磁力機(jī)械將成為我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要助推器，因此，當(dāng)前要把握磁力機(jī)械未來發(fā)展趨勢，未雨綢繆，搶占技術(shù)最高點(diǎn)，獲得先發(fā)優(yōu)勢。
參考文獻(xiàn)：
[1]趙文君，王萍磁力機(jī)械學(xué)[M]。北京：機(jī)械教育出版社，2003。
[2]李磊。電磁軸承最優(yōu)剛度與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系的研究[J]。機(jī)械工程學(xué)報(bào)2005。（8）：47—49。
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