PAGE磁力泵的磁力傳動部分結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及仿真分析目錄摘要 11前言 21.1研究背景 21.2逆向工程簡介 22磁力泵簡介 32.1磁力泵的工作原理 32.2磁力耦合器簡介 32.2.1磁鐵的排列方式簡介 32.2.2磁力耦合器的工作原理 42.2.3優(yōu)化方案 53磁力泵的逆向工程 53.1參數(shù)測繪 53.2磁力耦合器材料分析 73.3磁力耦合器的優(yōu)化與建模 74用ANSYS軟件對優(yōu)化后的磁場進(jìn)行分析與仿真 84.1ANSYS軟件計(jì)算磁場轉(zhuǎn)矩的原理與方法 84.2在ANSYS中建模與磁場分析與仿真 84.2.1磁力耦合器的建模 84.2.2工作轉(zhuǎn)速對傳動磁轉(zhuǎn)矩的影響 94.2.3工作轉(zhuǎn)速對傳動時(shí)磁渦流損耗的影響 10結(jié)論 11參考文獻(xiàn) 12PAGE1摘要：磁力泵是利用現(xiàn)代磁力學(xué)原理，是一種特種的離心泵，通常由電機(jī)、磁力耦合器及泵體等部件組成的。磁力耦合器也是磁力泵中重要的構(gòu)成部分,其內(nèi)置的永磁體可以進(jìn)行非直接接觸間接傳動,而磁力耦合器具有一種可耐受高水壓的屏蔽式密封模腔體。在密封型腔的外面有一個(gè)外磁定子,封閉型腔的里面又有一個(gè)內(nèi)磁定子,外磁定子和內(nèi)磁定子經(jīng)過磁場的相互作用,使得封閉型腔內(nèi)和外面的磁定子部分能夠同時(shí)的轉(zhuǎn)動,在封閉型腔里面的定子部分經(jīng)過軸承,能夠推動葉輪實(shí)現(xiàn)對磁力泵內(nèi)的液體做功。由于各部分組成的是屏蔽封閉型腔,并具有動封,使得推動葉輪做功的轉(zhuǎn)動軸無法穿出屏蔽封閉型腔,這樣確保了磁力泵沒有滲漏和對外部產(chǎn)生污染。，進(jìn)而消除了煉油化工行業(yè)存在易爆、易燃有毒等物質(zhì)通過泵體泄漏存在的安全問題。磁力泵在運(yùn)行過程中具有安全可靠，噪音低，無泄漏，無污染的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品、化學(xué)制品、石油化工、化肥、冶金、核電等等一系列領(lǐng)域當(dāng)中。本文在對磁力泵的磁力傳動的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化處理，并對優(yōu)化后的磁力泵的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析和介紹，對于磁力泵的使用注意事項(xiàng)提出了合理措施和建議。關(guān)鍵詞：磁力泵；磁力耦合器；逆向工程；結(jié)構(gòu)優(yōu)化1前言1.1研究背景現(xiàn)如今全世界的工業(yè)生產(chǎn)對能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)越來越重視。在處理易爆、易燃有毒等物質(zhì)的時(shí)候磁力泵具有密封、無泄漏和無污染等特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域都有著極為重要的作用。磁力泵是由泵體、磁力耦合器（又叫做磁力聯(lián)軸器和永磁傳動裝置）及電機(jī)等部件組成的，在各零部件中磁力聯(lián)軸器是磁力泵的核心部件，磁力耦合器的零件材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)很大程度上影響著磁力泵的性能和成本。因此改變磁力耦合器的零件材料和結(jié)構(gòu)參數(shù),對于降低磁力泵的生產(chǎn)制造成本具有極其重要的作用。磁力耦合器在磁力泵是一個(gè)極其重要的傳動部件，它獨(dú)特的接觸轉(zhuǎn)矩傳動方式與靜態(tài)密封結(jié)構(gòu)的特性，成功地解決了磁力泵在不同工況下介質(zhì)外泄和處理易燃有毒等物質(zhì)的問題，從真正意義上實(shí)現(xiàn)了輸送介質(zhì)的零泄漏。圓筒型磁力耦合器的基本結(jié)構(gòu)是由內(nèi)磁轉(zhuǎn)子、外磁轉(zhuǎn)子、主動軸、從動軸和隔離套這幾個(gè)部分組成的。磁力耦合器自身帶有過載保護(hù)機(jī)制和結(jié)構(gòu)組成簡單等優(yōu)點(diǎn)，具有減震效果優(yōu)良和安裝要求低等優(yōu)勢，所以它具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。磁力泵中的磁傳動技術(shù)從二十世紀(jì)三十年代發(fā)展至現(xiàn)如今，主要集中在磁路設(shè)計(jì)、磁傳動特性和磁渦流損耗控制等基礎(chǔ)研究方面。RAVAUD等分析了充磁方式對磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩的影響規(guī)律，充磁方式有徑向、軸向和切向這3種，并且RAVAUD還提出了磁力耦合器中磁轉(zhuǎn)矩的修正解析式，并將磁鋼徑向充磁和計(jì)算機(jī)編程技術(shù)相結(jié)合，對磁力耦合器的磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了二維設(shè)計(jì)、三維設(shè)計(jì)和計(jì)算。張明根等應(yīng)用Workbench軟件對磁力泵渦輪泉轉(zhuǎn)子進(jìn)行瞬態(tài)熱仿真，通過Workbench軟件分析轉(zhuǎn)子在運(yùn)行時(shí)的溫度分布情況，研究了溫度對渦輪泵轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速有什么影響。張勇等將設(shè)計(jì)了中心組合試驗(yàn)方法。將試驗(yàn)方法與NSCA-II優(yōu)化算法相結(jié)合，對磁力泵磁力耦合器進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。鄒里云等利用ANSYS軟件對磁力耦合器的磁場分布情況進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分析了內(nèi)磁轉(zhuǎn)子和外磁轉(zhuǎn)子的厚度、氣隙距離大小以及磁極數(shù)量等一系列因素對磁轉(zhuǎn)矩的影響。1.2逆向工程簡介逆向工程也被稱為反向工程和反求工程。逆向工程的概念和傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念完全相反。逆向工程是對以存在的產(chǎn)品各項(xiàng)參數(shù)和資料作為基礎(chǔ)，對原產(chǎn)品進(jìn)行消化吸收，改進(jìn)優(yōu)化和創(chuàng)新的生產(chǎn)過程。工業(yè)市場上任何一款新產(chǎn)品被設(shè)計(jì)出來，其中設(shè)計(jì)的過程都包含了產(chǎn)品設(shè)計(jì)師對社會上前任科學(xué)家學(xué)術(shù)和產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)的借鑒，所以在產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)過程中逆向工程起到很大一部分作用。逆向工程最早源于二十世紀(jì)六十年代，但逆向工程在工程實(shí)踐的廣泛運(yùn)用和逆向的科學(xué)性進(jìn)行深化理解是從二十世紀(jì)九十年代開始的。在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的改進(jìn)、創(chuàng)新和開發(fā)，逆向工程有著極其重要的地位。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造技術(shù)有著很長的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期，逆向工程大大縮短了對新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，逆向工程只需要對原有產(chǎn)品需要改進(jìn)的地方進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與研發(fā)，逆向工程省略了產(chǎn)品部分結(jié)構(gòu)從無到有的設(shè)計(jì)和計(jì)算，所以說逆向工程對工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用在一定程度上大大的提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率?，F(xiàn)如今逆向工程在航空航天、汽車制造和模具設(shè)計(jì)等一系列領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，是一項(xiàng)綜合性和實(shí)用性很強(qiáng)的技術(shù)，合適當(dāng)今社會的發(fā)展需求。本文通過對逆向工程的理解與運(yùn)用，對現(xiàn)有磁力泵的各結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行測量與建模，對磁力泵的磁力耦合器部分進(jìn)行優(yōu)化，具體的優(yōu)化方案詳情見第二章2.2.3所示。2磁力泵簡介2.1磁力泵的工作原理磁力泵的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，磁力泵通常是由密封機(jī)構(gòu)、葉輪、內(nèi)磁轉(zhuǎn)動、屏蔽套、外磁轉(zhuǎn)動、風(fēng)機(jī)等部分所構(gòu)成,在磁力泵的內(nèi)部裝有一種能耐受壓強(qiáng)的屏蔽封閉模穴體,封閉模穴體的結(jié)構(gòu)為內(nèi)磁轉(zhuǎn)動和外磁轉(zhuǎn)動,由隔離套隔開。外磁轉(zhuǎn)子和內(nèi)磁轉(zhuǎn)子借助磁場的相互作用,使得封閉型腔內(nèi)和外圍的磁力轉(zhuǎn)動部分能夠同時(shí)的轉(zhuǎn)動,而封閉型腔內(nèi)的轉(zhuǎn)動部分借助于軸承,能夠推動葉輪進(jìn)行對磁力泵內(nèi)的液體做功。磁力泵與傳統(tǒng)水泵中的自動密封不同,磁力泵的密封型腔體使用靜密封,實(shí)現(xiàn)了運(yùn)送工作介質(zhì)的零排泄和無污染。磁力泵在普通常規(guī)泵的基礎(chǔ)上,添加了磁力耦合器。磁力耦合器是由內(nèi)磁旋子、外磁旋子和不導(dǎo)磁性的間隔套構(gòu)成,代替了普通常規(guī)水泵的自動封,用間隔套可以使水泵旋轉(zhuǎn)軸向完全穩(wěn)定起來。地磁的傳遞主要依靠內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與外磁轉(zhuǎn)動中的地磁極對數(shù),而磁力泵向滑行軸承所傳遞的介質(zhì),也對滾動軸承具有著冷卻潤滑功能,故通常依據(jù)各種類型的應(yīng)用工況和介質(zhì),而選用各種類型的物料制成軸承。通常滑行軸承所使用的建筑材料主要有浸漬石墨、填充聚四氟乙烯,以及建筑瓷器等。而磁力泵的滑行軸承則多使用建筑瓷器制造,因其優(yōu)異的抗摩擦力、耐熱性和抗腐蝕性。圖2-1磁力泵結(jié)構(gòu)圖2.2磁力耦合器簡介2.2.1磁鐵的排列方式簡介二十世紀(jì)三四十年代,由于當(dāng)時(shí)第一代永磁材料磁極之間的磁化強(qiáng)度過大,并且永磁材料與磁極在工作的時(shí)候會相互影響。當(dāng)時(shí)多采用與磁體的間隙排列,如圖2-2(a)所示。這種單行間距排列的最主要弊端是地電磁傳動裝置的容積大、扭矩小而且磁塊易退磁。所以,永磁體材料的磁能和磁體的行間距排列方式,成為了地磁傳動裝置發(fā)展的瓶頸。由于第二代及第三代永磁體材料的迅速發(fā)展,這些磁性料二極間磁化強(qiáng)度的相互影響也大為減弱,于是當(dāng)時(shí)的研究者們給出圖2-2(b)中所示的單行緊密排列方法。這些強(qiáng)磁排列方法都可以增加地磁場強(qiáng)度,并增加磁轉(zhuǎn)矩。在二十世紀(jì)六十年間,由于聚磁技術(shù)的問世及其在電氣應(yīng)用領(lǐng)域中的成熟運(yùn)用,也促進(jìn)了對地磁傳動的研究如圖2-2(c)所示。聚磁技術(shù),就是將內(nèi)部磁石所造成的磁通量,集中在工作氣隙大小中。同樣,聚磁排列形式也減少了由于在磁塊之間互相布置,所造成的磁力線與在同-轉(zhuǎn)子上構(gòu)成傳輸電路而生成的部分磁通的耗費(fèi),因而增加了地磁傳動的轉(zhuǎn)矩。若傳動機(jī)構(gòu)在軸向長度允許的條件下，可以采用多行的磁鋼排列方式如圖2-2(d)、2-2(e)所示。這種方式可以增大磁轉(zhuǎn)矩減小傳動機(jī)構(gòu)的徑向尺寸。（a）（b）（c）（d）（e）圖2-2磁路配置的平面圖本文研究的磁鐵排布方式為直線型磁鐵排布，圖2-3直線型磁鐵排布三維圖。其工作原理是利用了磁性材料間異性相吸、同性相斥的原理,通過磁耦合將磁能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過程。磁力耦合器內(nèi)磁轉(zhuǎn)子和外磁轉(zhuǎn)子各鑲嵌一層磁鐵，外圈的N極與內(nèi)圈的S極相對，彼此相互吸引，當(dāng)外轉(zhuǎn)子在輸入軸的帶動下旋轉(zhuǎn)，其內(nèi)部的磁鐵也會跟隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動，由于外部的磁體對內(nèi)部的磁鐵具有吸引作用，所以當(dāng)外磁轉(zhuǎn)子在輸入軸的帶動下轉(zhuǎn)動，內(nèi)外磁鐵相互吸引，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子會跟隨外磁轉(zhuǎn)子一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。圖2-3直線型磁鐵排布三維圖2.2.2磁力耦合器的工作原理磁力耦合器也稱磁力聯(lián)軸器和永磁傳動裝置。磁力耦合器主要由以下四大部門構(gòu)成:永磁轉(zhuǎn)動、電磁導(dǎo)轉(zhuǎn)動、氣隙大小的執(zhí)行部門,以及調(diào)控磁帶和導(dǎo)磁帶中間氣隙大小的管理機(jī)構(gòu)。永磁轉(zhuǎn)動是嵌有永磁體(強(qiáng)力稀土磁鐵)的鋁盤,與負(fù)荷軸連結(jié);導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子是導(dǎo)磁體盤銅或鋁,與發(fā)電機(jī)軸連結(jié);氣隙執(zhí)行部門是調(diào)控磁帶與導(dǎo)磁帶中間氣隙的管理機(jī)構(gòu);轉(zhuǎn)軸聯(lián)結(jié)殼與緊縮盤是以專利緊縮盤安裝與發(fā)電機(jī)及負(fù)荷軸連結(jié)。通常,銅轉(zhuǎn)動與發(fā)電機(jī)軸連結(jié),永磁轉(zhuǎn)動與工作機(jī)的軸連結(jié),銅轉(zhuǎn)動和永磁轉(zhuǎn)動中間有空氣縫隙(又稱氣隙),不是傳輸轉(zhuǎn)矩的機(jī)器聯(lián)接。這樣一來,電器和工作機(jī)相互之間構(gòu)成了軟(磁)性聯(lián)接,利用調(diào)控氣隙大小來完成對工作機(jī)軸力矩、速度等的改變。由于氣隙調(diào)整方法的差異,永磁渦流傳動設(shè)備分成了標(biāo)準(zhǔn)型、滯后型、有限矩型、調(diào)制型等各種型式。2.2.3優(yōu)化方案現(xiàn)有樣機(jī)磁力耦合器永磁體的布置形式都是直線式,即若對偶數(shù)永磁體按規(guī)則順序裝配在同一磁力耦合器的內(nèi)磁定子、外磁定子上,使磁石部分相互形成完全相互耦合的磁力系統(tǒng)。將n對永磁體(n為偶數(shù))按規(guī)則順序裝配在同一磁力傳動器的內(nèi)、外電磁定子上,使永磁體部分相互形成完全藕合的磁性系統(tǒng)。當(dāng)磁場極性轉(zhuǎn)動到與同極相對時(shí),則兩磁極之間的位移角=2rt/n,此時(shí)磁系統(tǒng)的磁能最高。在除去所有外來動能之后,由于磁力系統(tǒng)的磁極之間相互排斥,因此地磁場變化將使永磁體恢復(fù)到磁能較低的狀況。由此永磁體形成運(yùn)動,并帶動磁性轉(zhuǎn)子自旋。本文對現(xiàn)有磁力耦合器磁體排布的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，現(xiàn)有外磁轉(zhuǎn)子上為單排磁鐵，如圖2-3所示；改進(jìn)的結(jié)果會使單排磁鐵排布變?yōu)殡p排磁鐵，如圖2-4所示，改進(jìn)的目的是使磁力泵的磁轉(zhuǎn)矩峰值增大達(dá)到提高磁力轉(zhuǎn)動效率的效果，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，本文現(xiàn)有的磁力泵樣機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行逆向工程，先對磁力泵樣機(jī)進(jìn)行零部件測繪進(jìn)行三維建模，搭建實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證。圖2-4雙排磁鐵排布3磁力泵的逆向工程3.1參數(shù)測繪對磁力耦合器結(jié)構(gòu)零部件用游標(biāo)卡尺等測量工具進(jìn)行測量，盡量減小測量誤差分別對磁力泵的泵體、葉輪、軸承、外磁轉(zhuǎn)子、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子、永磁體、隔離套、止推環(huán)、軸套等一系列磁力耦合器的零部件進(jìn)行了測量。得到了磁力泵各零部件結(jié)構(gòu)的參數(shù)見下表3-1所示，并通過已測量出來的各零件參數(shù)盡可能的還原出磁力泵的模型，還原出來的磁力泵的二維模型如圖3-2所示，磁力泵的三維模型如圖3-3所示。圖3-1對磁力泵零部件進(jìn)行測量表3-1結(jié)構(gòu)名稱參數(shù)結(jié)構(gòu)名稱參數(shù)基體內(nèi)徑R123.0mm內(nèi)磁轉(zhuǎn)子外半徑R253.0mm內(nèi)磁鋼厚度t13.0mm內(nèi)磁鋼長度L130.0mm內(nèi)導(dǎo)磁體厚度t211.5mm外磁轉(zhuǎn)子外半徑R370.5mm外磁鋼厚度t35.0mm外磁鋼長度L230.0mm外導(dǎo)磁體厚度t43.0mm磁鋼工作半徑R449.5mm隔離套厚度t61.0mm隔離套底部厚度t66.0mm軸向長度L3142.0mm磁極對數(shù)m16圖3-2磁力泵二維圖圖3-3磁力泵三維圖3.2磁力耦合器材料分析磁力耦合器磁鋼材料為釹鐵硼N38SH，磁鐵是采用表貼式嵌人內(nèi)外導(dǎo)磁體中，選擇徑向充磁方式。內(nèi)導(dǎo)磁體和外導(dǎo)磁體的材料為具有良好導(dǎo)磁性的Q235（普通碳素結(jié)構(gòu)鋼），有利于內(nèi)外磁鋼形成磁勢回線。隔離套材料為304(不銹鋼)，基體的材料為2Cr13（馬氏體不銹鋼）。3.3磁力耦合器的優(yōu)化與建模在保證磁力泵整體結(jié)構(gòu)不改變的情況下，只對磁力耦合器的磁鐵排布進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，從原來的單排磁鐵排布改為雙排磁鐵排布。磁力耦合器單排磁鐵排布如圖3-4所示，雙排磁鐵排布如圖3-5所示。優(yōu)化前的內(nèi)、外磁轉(zhuǎn)子如圖3-6所示，優(yōu)化后的內(nèi)、外磁轉(zhuǎn)子如圖3-7所示。圖3-4單排磁鐵排布圖3-5雙排磁鐵排布圖3-4優(yōu)化前的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子圖3-5優(yōu)化前的外磁轉(zhuǎn)子圖3-6優(yōu)化前的內(nèi)、外磁轉(zhuǎn)子圖3-7優(yōu)化后的內(nèi)、外磁轉(zhuǎn)子4用ANSYS軟件對優(yōu)化后的磁場進(jìn)行分析與仿真4.1ANSYS軟件計(jì)算磁場轉(zhuǎn)矩的原理與方法ANSYS軟件在分析磁性的時(shí)候以Maxwell方程為基準(zhǔn),并引入了有限元方式對未知量磁位作出了估計(jì),磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場壓力和扭矩也可從磁位中導(dǎo)出。所選用的單位類型與單位選項(xiàng)有所不同,未知量磁位可能是向量磁位、標(biāo)定磁位或邊界通量。我們只能根據(jù)單位采用的向量位方式和標(biāo)量位方式對磁場力和扭矩加以運(yùn)算,其中Maxwell應(yīng)力法和虛功應(yīng)力法是目前ANSYS軟件中普遍使用的二種估算磁場力和扭矩方式。4.2在ANSYS中建模與磁場分析與仿真4.2.1磁力耦合器的建模在ANSYS中建立磁力耦合器單排磁鐵三維模型如圖4-1所示，磁力耦合器雙排磁鐵三維模型如圖4-2所示。圖4-1磁力耦合器單排磁鐵三維模型圖4-2磁力耦合器雙排磁鐵三維模型在ANSYS中分析的磁鐵感應(yīng)矢量圖，如下圖4-3所示；轉(zhuǎn)子表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布云圖，如圖4-4所示。圖4-3磁鐵磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量圖圖4-4轉(zhuǎn)子表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布云圖4.2.2工作轉(zhuǎn)速對傳動磁轉(zhuǎn)矩的影響為探究轉(zhuǎn)速的變化對傳動性能的影響程度，對轉(zhuǎn)速范圍在3000~10000r/min下的磁轉(zhuǎn)子進(jìn)行瞬態(tài)場數(shù)值模擬計(jì)算，分析轉(zhuǎn)速變化對傳動磁轉(zhuǎn)矩的影響。如圖4-3所示，從圖中轉(zhuǎn)矩變化趨勢可以看出，隨轉(zhuǎn)速的增加磁轉(zhuǎn)矩逐漸減小。其轉(zhuǎn)速對應(yīng)具體的磁轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值如下表4-1所示，從表中對優(yōu)化前后的磁轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值進(jìn)行比較分析，可以明顯的發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的磁轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值要高于優(yōu)化前時(shí)磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)值。所以可以分析出磁力耦合器鑲嵌的磁鐵從單排磁鐵變?yōu)殡p排磁鐵對提高磁轉(zhuǎn)矩是有明顯效果的。優(yōu)化后的磁轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值要高于優(yōu)化前時(shí)磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)值，但隨著轉(zhuǎn)速的增加磁轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值在逐漸減小，造成這種現(xiàn)象的主要原因可能是因?yàn)榻饘俑綦x套在與內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子做相對運(yùn)動過程中所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場對原磁場的削弱作用。在轉(zhuǎn)速增加過程中，其隔離套切割磁感線頻率也越來越快，因而其削弱作用也就越來越強(qiáng)，扭矩隨之減小趨勢。表4-1轉(zhuǎn)速r/min優(yōu)化前磁轉(zhuǎn)矩N·m優(yōu)化后磁轉(zhuǎn)矩N·m300063.466.3400057.863.2500054.360.7600052.455.8700050.653.9800049.951.6900049.150.41000048.449.6圖4-3轉(zhuǎn)速對磁轉(zhuǎn)矩的影響4.2.3工作轉(zhuǎn)速對傳動時(shí)磁渦流損耗的影響導(dǎo)體中有交變磁場時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，會在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流在導(dǎo)體中流動產(chǎn)生焦耳熱，使導(dǎo)體發(fā)熱，造成損耗，稱為渦流損耗。為探究轉(zhuǎn)速的變化對磁渦流損耗的影響程度，對轉(zhuǎn)速范圍在3000~8000r/min下的磁轉(zhuǎn)子進(jìn)行瞬態(tài)場數(shù)值模擬計(jì)算，分析轉(zhuǎn)速變化對傳動時(shí)磁渦流損耗的影響。如圖4-4所示，從圖中磁渦流損耗變化趨勢可以看出，隨轉(zhuǎn)速的增加，不論是單排磁鐵排布還是雙排磁鐵排布，磁渦流損耗數(shù)值都是逐漸增大的。其轉(zhuǎn)速對應(yīng)具體的磁渦流損耗數(shù)字如下表4-2所示，通過對比優(yōu)化前后磁渦流損耗的數(shù)值，可以明顯地發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速約為5000r/min的時(shí)候優(yōu)化前后的磁渦流損耗數(shù)值相差不大，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于4800r/min的時(shí)候優(yōu)化后的磁渦流損耗數(shù)值要低于優(yōu)化前的磁渦流損耗數(shù)值，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于4800r/min的時(shí)候優(yōu)化后的磁渦流損耗數(shù)值要高于優(yōu)化前的磁渦流損耗數(shù)值。隨著速度的提高,無論是單排磁鐵排布還是雙搭設(shè)的磁鐵排布,磁渦流損失值都是在逐步上升的,造成這個(gè)現(xiàn)象的主要因素除了是由軸承類型支撐的定子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí),出來由于與氣流磨擦而造成的鐵損失以外,在定子里面還形成了比較高的鐵損失(旋渦損失和磁滯損耗)。磁滯損耗主要是由導(dǎo)磁體的磁滯回線的總面積不為零而形成的。磁滯回線包圍的體積越大,則磁滯損耗越大。而磁滯損耗也會引起磁鐵的過熱。表4-2轉(zhuǎn)速r/min優(yōu)化前磁渦流損耗kw優(yōu)化后磁渦流損耗kw30002.11.440002.92.450004.24.360006.47.870009.215800020.726.4圖4-4磁渦流損耗量隨轉(zhuǎn)速變化從圖4-4轉(zhuǎn)速對磁轉(zhuǎn)矩的影響和圖4-5磁渦流損耗量隨轉(zhuǎn)速變化可以分析出，優(yōu)化后雙排磁鐵排布的磁轉(zhuǎn)矩明顯高于優(yōu)化前單排磁鐵排布的磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)工作轉(zhuǎn)速低于4800r/min時(shí)，優(yōu)化后雙排磁鐵排布的磁渦流損耗要低于優(yōu)化前單排磁鐵排布的磁渦流損耗；當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高于4800r/min時(shí)，優(yōu)化后雙排磁鐵排布的磁渦流損耗要高于優(yōu)化前單排磁鐵排布的磁渦流損耗。結(jié)論逆向工程在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的改進(jìn)、創(chuàng)新和開發(fā)有著極其重要的地位。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的制造有著很長的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期，逆向工程大大縮短了對新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，逆向工程只需要對原有產(chǎn)品需要改進(jìn)的地方進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與研發(fā)，它省略了產(chǎn)品部分結(jié)構(gòu)從無到有的設(shè)計(jì)和計(jì)算，逆向工程對工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用在一定程度上大大的提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。本文通過對逆向工程的理解與運(yùn)用，對現(xiàn)有磁力泵的各結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行測量與建模，保證原有的結(jié)構(gòu)不變，對磁力泵的磁力耦合器部分進(jìn)行優(yōu)化，原磁力耦合器內(nèi)部磁鐵排布為單排磁鐵，現(xiàn)重新設(shè)計(jì)將單排磁鐵改為雙排磁鐵排布，并搭建實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行驗(yàn)證。在ANSYS軟件中建模，對優(yōu)化前的單排磁鐵和雙排磁鐵分析與仿真，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可以明顯地發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后雙排磁鐵排布的磁轉(zhuǎn)矩明顯高于優(yōu)化前單排磁鐵排布的磁轉(zhuǎn)矩；優(yōu)化后雙排磁鐵排布的磁渦流損耗要低于優(yōu)化前單排磁鐵排布的磁渦流損耗；當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高于4800r/min時(shí)，優(yōu)化后雙排磁鐵排布的磁渦流損耗要高于優(yōu)化前單排磁鐵排布的磁渦流損耗。實(shí)驗(yàn)當(dāng)轉(zhuǎn)速低于4800r/min的時(shí)候，優(yōu)化后雙排磁鐵排布的磁轉(zhuǎn)矩高于優(yōu)化前單排磁鐵