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永磁联轴器的种类有哪些?怎么选?

2021-09-10 12:22:24

联轴器是动设备系统不可缺少的联结零件,转动设备系统应用了大量的刚性联轴器,刚性联轴器安装对中费时费力,对中不好振动不可避免,从而影响整个动设备系统的寿命和可靠性,工程师为了解决对中和振动这个难题,发明了各种各样的联轴器。近几年出现了无机械连接的永磁联轴器,由于其具有很好的隔振和安装简单特性,受到了越来越广泛的欢迎。

永磁联轴器是近几年随着稀土永磁材料发展而兴起的、使主动端和被动端完全无机械联、通过磁场实现扭矩传递、可替代传统联轴器的一种新型联轴器。其特点:结构简单、安装简单、具有软启动和过载保护功能;特别是在系统故障后快速恢复方面优势明显。

目前市面上永磁联轴器主要的结构型式永为:套筒异步式、套筒同步式、圆盘异步式三种,如图1~3所示。

图1 套筒异步式 图2 套筒同步式 图3 圆盘异步式

1、套筒异步式永磁联轴器 结构为内外套筒,外转子为导体转子、通常与主动端联结;内转子为永磁转子,通常与被动端联结。原理是:内外转子相对运动时,在导体转子上产生感应磁场,感应磁场与永磁场啮合,从而实现能量无接触传递。

2、套筒同步式永磁联轴器 结构为内外套筒,外、内转子均为永磁转子,原理是:外永磁场与内永磁场直接啮合,实现能量无接触传递。

3、圆盘异步式永磁联轴器 结构为圆盘结构,左右两导体盘联为一个导体转子;中间为永磁盘,通常与被动端联结。原理是:中间与两边转子相对运动时,在导体转子上产生感应磁场,感应磁场与永磁场啮合,从而实现能量无接触传递。

上述三种结构形式都通过磁场啮合,实现能量无接触传递,因此减振和隔振效果都非常好,相对于传统的联轴器,这三种联轴器优势明显,替代传统联轴器,振动值通常可以减少一半。如何选择呢?以下从六个方便进行比较说明(仅供参考):

a、结构复杂程度:从上述剖面图可以看出,套筒异步式结构最简单,套筒同步式最复杂,其外磁转子永磁体的固定相对复杂。

b、对中复杂程度:套筒同步式,由于内外磁中心固定不变,轴向移动很困难,轴向对中好不易,其径向对中几乎没有要求;圆盘异步式永磁联轴器由于两边吸力很大,要将两边的气隙对均匀难度很大,其径向对中几乎没有要求。套筒异步式最简单,对中时内外相对运动沿着磁场切线方向,同时大部分吸引力沿圆周方向相互抵消,由于外导体转子在静止时没有磁场,因此无论轴向还是径向对中几乎都没有要求,最简单。

c、附加轴向力大小:附加轴向力小,原对系统的轴承没有影响,特别是电机的轴承,一旦轴向力大,惦记的轴承寿命将大大缩短,因此无论哪种联轴器,附加轴向力的大小都需要做严格的控制。从上述b描述 进一步分析可知,套筒同步式、圆盘异步式永磁联轴器的轴向对中难,对不好都会产生很大的轴向力,因此这两种永磁联轴器在安装时一定要控制好这个指标,否则会影响电机轴承的寿命,整个系统寿命降低;而套筒异步式,由于其感应磁场属于被动式,有相对运动时才产生,因此轴向即使误差大,轴向力也可以忽略不计。

d、软启动:套筒同步式没有软启动功能,即使有大角度(90度),其软启动效果也几乎为0。而异步式又软启动功能,启动过程为:原动机全速启动,被动机与主动机有转差,从大转差到小转差的过程就是一个软启动过程。

e、传动效率:套筒同步式由于没有转差,因此其效率与刚性联轴器相当,效率比异步式稍高1%左右。针对于负载特性为变转矩载荷(低转速低扭矩)而言,异步式永磁联轴器由于降低了负载的转速,反而更节能。

f、过载保护:我们知道现在应用最广、最可靠的保护是电机过载保护,但是该保护有弱点:保护滞后。而机械过载(堵转等)造成伤害的时间可能是毫秒级,比如堵转后可瞬时导致减速机打齿、甚至断轴,因此仅仅靠电机的过载保护是来不及的。异步式永磁联轴器具有最 大扭矩,可以避免打齿甚至断轴的现象出现,这个最 大扭矩又是过载工况,给电机的过载保护提供充分长的时间(各个厂家参数不一样),从而实现系统安全保护。但是在过载状态时,导体盘上的发热增大,如果在设计允许的时间内电机的过载保护还不动作(保护失灵),将导致永磁联轴器故障。如果套筒同步式永磁联轴器过载,将导致内外永磁打滑,表面上看好像让主动和被动侧隔开了,保护了系统,但是实际上这个过程非常危险,因为有非常大的交变力作用在负载轴上,这个交变力无论是对减速机还是传动轴都是有伤害的,直白一点的说:在过载状态,不但保护不了减速机,而且会导致减速机直接打齿。另外还有一种限矩型永磁联轴器,当过载(超过限矩型永磁联轴器的设定扭矩)时,限矩型永磁联轴器自动拉开永磁盘与导体盘之间的距离,将电机和负载完全脱开,当负载故障解除(扭矩低于其设定扭矩时)自动投入,想象一下非常完美;但是大家思考一下,该限矩型永磁联轴器怎么知道故障解除可以正常投入了呢?我们知道永磁盘与导体盘一直有吸引力,一直尝试投入,但是需要带动的扭矩大,带不动,则将其继续推开,直到可以带动了,推不开了自动投入,这个过程,针对减速机而言是一个波动载荷(这种载荷方向不变,只是大小变),而这个波动力对减速机而言也是有害的,但不是致命的;但是致命的是该过载保护可能会导致电机的过载保护失灵、不能动作了,如果时间一长肯定伤减速机。


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