一種同步型複合盤式磁力聯軸器的製作方法

2023-05-14 07:38:16 2

本發明涉及機械工程傳動技術領域，特別是一種同步型複合盤式磁力聯軸器，其主要應用於冶金、石化、煉油、煤炭等行業的電機與負載之間的動力傳遞中。

背景技術：

同步型磁力聯軸器通過磁場之間的耦合作用傳遞動力，避免了電機與負載設備之間的機械接觸。與傳統機械聯軸器相比，同步型磁力聯軸器不僅具有軟啟動、過載保護、隔離振動等優點，而且安裝時對中性要求不嚴格，可以容許較大的軸對中誤差。因此，同步型磁力聯軸器在冶金、石化、煉油、煤炭等行業有著廣泛的應用前景。

同步型磁力聯軸器按照結構可以分為圓筒式(徑向磁場)磁力聯軸器和盤式(軸向磁場)磁力聯軸器兩種，其運行原理均為通過磁性物質同性相互排斥、異性相互吸引的原理，利用磁場間的耦合作用傳遞機械能。同步型盤式磁力聯軸器主要由與電機軸相連的主動盤、與負載軸相連的從動盤以及嵌入主動盤、從動盤的永磁體三部分構成，該結構的特點是永磁體的極化方向以軸向充磁，永磁體軸向分布在內、外轉子上。現有盤式磁力聯軸器的缺點主要集中在兩個方面：第一是主動盤和從動盤之間始終存在著很大的軸向力，其受力示意圖見圖1，軸向力會增加受力器件的磨損，影響其使用壽命，甚至會使得電機和負載產生軸向位移，造成軸向振動；第二是在徑向空間受限時，其無法通過增大徑向尺寸，進一步提高傳遞力矩。

技術實現要素：

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種同步型複合盤式磁力聯軸器，不僅能夠消除兩端永磁體盤上的軸向受力、延長聯軸器使用壽命，而且可以在不增加徑向體積的前提下有效增大傳遞扭矩。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種同步型複合盤式磁力聯軸器，包括輸入端轉子和輸出端轉子；輸入端轉子與電動機相連，輸出端轉子與負載相連；

所述的輸入端轉子包括輸入端法蘭盤、輸入端組件a、連接筒和輸入端組件b，所述的輸入端組件a通過連接筒連接輸入端組件b，所述的輸入端法蘭盤連接輸入端組件a；所述的輸入端組件a包括端盤a、外永磁體a和磁體安裝盤a，所述的輸入端組件b包括磁體安裝盤b、外永磁體b和端盤b；所述的輸入端組件b與輸入端組件a對稱，所述的輸入端組件a、連接筒和輸入端組件b構成複合式結構；所述的輸入端法蘭盤、輸入端組件a和輸入端組件b同軸；

所述的輸出端轉子包括輸出端組件、過渡法蘭和輸出端法蘭盤，所述的輸出端組件包括磁體安裝盤c、內永磁體和磁體安裝盤d，所述的輸出端組件為單盤式結構；所述的過渡法蘭一側與輸出端組件中的磁體安裝盤c的凸起側同軸裝配、另一側與輸出端法蘭盤同軸相連；

所述的輸出端組件位於輸入端組件a和輸入端組件b之間的連接筒內。

進一步地，所述的磁體安裝盤a內嵌外永磁體a，磁體安裝盤b內嵌外永磁體b，磁體安裝盤c和磁體安裝盤d內嵌內永磁體；

進一步地，所述的外永磁體a、外永磁體b和內永磁體均為多極永磁體，n、s極性交替排列。

進一步地，所述的磁體安裝盤a背面與端盤a相連，磁體安裝盤b背面與端盤b相連。

進一步地，所述的連接筒、端盤a和端盤b均採用非導磁性材料製成。

進一步地，所述的連接筒、端盤a和端盤b外徑相同。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、與傳統盤式磁力聯軸器相比，本發明特有的對稱式結構可以消除永磁體安裝盤上的軸向受力，減小受力器件磨損，延長聯軸器使用壽命。

2、本發明輸入端磁體安裝盤為複合式結構，兩側同時產生徑向力矩，所以傳遞力矩約為傳統結構的兩倍，在徑向空間受限時，極大地提高了盤式磁力聯軸器的傳動能力。

附圖說明

圖1是傳統同步型盤式磁力聯軸器受力示意圖。

圖2是本發明的受力示意圖。

圖3是本發明的爆破圖。

圖4是本發明裝配後結構示意圖。

圖5是本發明的軸向剖視圖。

圖6是本發明的端盤a的主視圖。

圖7是本發明的磁體安裝盤c的主視圖。

圖中：1、連接筒，2、端盤a，3、外永磁體a，4、端盤b，5、輸出端轉子，6、外永磁體b，7、內永磁體，8、輸入端法蘭盤，9、磁體安裝盤a，10、磁體安裝盤c，11、磁體安裝盤d，12、過渡法蘭，13、輸出端法蘭盤，14、磁體安裝盤b，15、端盤定位孔a，16、端盤定位孔b，17、第一級階梯，18、梯形階梯槽，19、磁體安裝盤定位孔。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行進一步地描述。如圖2-7所示，一種同步型複合盤式磁力聯軸器，包括輸入端轉子和輸出端轉子5；輸入端轉子與電動機相連，輸出端轉子5與負載相連；

所述的輸入端轉子包括輸入端法蘭盤8、輸入端組件a、連接筒1和輸入端組件b，所述的輸入端組件a通過連接筒1連接輸入端組件b，所述的輸入端法蘭盤8通過端盤定位孔a15連接輸入端組件a；所述的輸入端組件a包括端盤a2、外永磁體a3和磁體安裝盤a9，所述的輸入端組件b包括磁體安裝盤b14、外永磁體b6和端盤b4；所述的輸入端組件b與輸入端組件a對稱，所述的輸入端組件a、連接筒1和輸入端組件b構成複合式結構；所述的輸入端法蘭盤8、輸入端組件a和輸入端組件b同軸；

所述的輸出端轉子5包括輸出端組件、過渡法蘭12和輸出端法蘭盤13，所述的輸出端組件包括磁體安裝盤c10、內永磁體7和磁體安裝盤d11，所述的輸出端組件為單盤式結構；所述的過渡法蘭12一側通過端盤定位孔19與輸出端組件中的磁體安裝盤c10的凸起側同軸裝配、另一側與輸出端法蘭盤13同軸相連；

所述的輸出端組件位於輸入端組件a和輸入端組件b之間的連接筒1內。

進一步地，所述的磁體安裝盤a9內嵌外永磁體a3，磁體安裝盤b14內嵌外永磁體b6，磁體安裝盤c10和磁體安裝盤d11內嵌內永磁體7；

進一步地，所述的外永磁體a3、外永磁體b6和內永磁體7均為多極永磁體，n、s極性交替排列。

進一步地，所述的磁體安裝盤a9背面與端盤a2相連，磁體安裝盤b14背面與端盤b4相連。

進一步地，所述的輸入端轉子通過端盤定位孔b16固定輸出端轉子5的軸向位置。

進一步地，所述的連接筒1、端盤a2和端盤b4均採用非導磁性材料製成。

進一步地，所述的連接筒1、端盤a2和端盤b4外徑相同。

本發明的工作原理如下：端盤為隔磁性材料，可以有效防止磁感線溢出，形成閉環磁路。磁體安裝盤a9和磁體安裝盤b14在電機帶動下旋轉時，在磁力作用下，將帶動輸出端轉子5旋轉，實現力矩的無接觸傳遞。在軸向上，輸入端磁體安裝盤a9和磁體安裝盤b14上的外永磁體a3和外永磁體b6同時受到輸出端兩個內永磁體7大小相等、方向相反的磁力作用，因此作用在外永磁體a3和外永磁體b6上的軸向合力相互抵消。同理輸出端磁體安裝盤c10和磁體安裝盤d11上的內永磁體7同時受到輸入端兩個外永磁體大小相等、方向相反的磁力作用，其軸向合力也為零。

由於外永磁體a3與外永磁體b6的形狀尺寸與磁場強度均一致，且磁極極性相反。外永磁體a3和外永磁體b6對中心的輸出端轉子5上的內永磁體7產生的引力大小僅與二者(外永磁體a3和外永磁體b6)和內永磁體7的距離有關。同步型複合盤式磁力聯軸器裝配後，可通過端盤定位孔b16調整輸出端轉子5軸向位置使得外永磁a3和內永磁體7的距離等於外永磁體b6和內永磁體7的距離。此時，外永磁體a3和外永磁體b6對輸出端轉子5產生的軸向的引力為大小相等且方向相反的磁力，該引力的合力為零。同理，根據牛頓第三定律，輸入端轉子上的外永磁體a3，與外永磁體b6同樣受到來自輸出端轉子5上內永磁體7的引力，該引力同為大小相等方向相反的軸向力，其軸向的合力也為零。

通過消除軸向力，極大地減輕了受力器件的磨損，延長了聯軸器的使用壽命。此外，因為輸入端轉子為複合式結構，兩側同時產生徑向力矩，所以傳遞力矩約為傳統結構的兩倍，在徑向空間受限時，極大地提高了盤式磁力聯軸器的傳動能力。

本發明的安裝過程如下：

1、裝配輸出端轉子5

輸出端轉子5由磁體安裝盤c10、內永磁體7、磁體安裝盤d11、過渡法蘭12及輸出端法蘭盤13組成。輸出端轉子5的安裝過程如下：

首先將內永磁體7分別鑲嵌在磁體安裝盤c10與磁體安裝盤d11的階梯梯形槽18中。安裝時需保證周向相鄰的內永磁體7間的磁性相反。其中，磁體安裝盤c10為凸盤。磁體安裝盤c10與磁體安裝盤d11上的階梯梯形槽18形狀尺寸均相同，且階梯梯形槽18四個頂點處開有圓形通孔，避免鑲嵌永磁體後產生應力集中，破壞磁體安裝盤c10與磁體安裝盤d11的強度。

之後將已鑲嵌內永磁體7的磁體安裝盤c10與已鑲嵌內永磁體7的磁體安裝盤d11軸向裝配。安裝過程保證兩個永磁體安裝盤上軸向相鄰的內永磁體7磁性相反，安裝後磁體安裝盤c10與磁體安裝盤d11的階梯梯形槽18的第一級階梯17處均在外側。階梯梯形槽18的第一級階梯17起到擋板作用，防止內永磁體7在高速運動過程中脫落。

最後將磁體安裝盤c10凸起側與過渡法蘭12同軸裝配。過渡法蘭12另一側與輸出端法蘭盤13相連。過渡法蘭12起到傳遞轉矩的作用。經上述過程完成輸出端轉子5的裝配。

2、裝配輸入端轉子

外永磁體b6、磁體安裝盤b14及端盤b4共同組成輸入端組件b。將外永磁體b6按n、s極交替的順序鑲嵌在磁體安裝盤b14的階梯梯形槽18中。磁體安裝盤b14的階梯梯形槽的形狀與尺寸與磁體安裝盤c10的階梯梯形槽18相同。之後將端盤b4與鑲嵌好外永磁體b6的磁體安裝盤b14軸向裝配。裝配時，需要保證階梯梯形槽18的第一級階梯17在遠離端盤b4的一側，以起到擋板作用。其中，端盤b4的內徑大於過渡法蘭12的外徑，以保證整體裝配完成後輸出端轉子5與輸入端轉子在徑向上互不接觸。經上述過程完成輸入端組件b的裝配。

而輸入端組件a由端盤a2、磁體安裝盤a9及外永磁體a3組成。其裝配過程如下：

首先將外永磁體a3呈n、s極性交替排列的方式鑲嵌在磁體安裝盤a9的階梯梯形槽18中。其中，磁體安裝盤a9上的階梯梯形槽18的形狀與尺寸與磁體安裝盤c10上的階梯梯形槽18相同。

然後將安裝好外永磁體a3的磁體安裝盤a9與端盤a2同軸裝配，安裝時保證磁體安裝盤a9上的階梯梯形槽18的第一級階梯17處在遠離端盤a2一側。該階梯梯形槽18的第一級階梯17同樣起到擋板作用。經上述過程完成輸入端組件a的裝配。

之後將連接筒1與輸入端組件a同軸裝配。連接筒1與磁體安裝盤a9在端盤a2的同側，且連接筒1的外徑與端盤a2的外徑相同。連接筒1的內徑大於磁體安裝盤c10和磁體安裝盤d11的外徑。輸入端法蘭盤8與端盤a2同軸裝配，與磁體安裝盤a9分別裝配在端盤a2的兩側。

然後將已經裝配完成的輸出端轉子5與磁體安裝盤a9同軸放置(兩者之間並不使用任何連接件相連成一體，僅僅軸向放置)，保證軸向相鄰的外永磁體a3和內永磁體7的磁極相反，即在軸向上兩者產生引力。此時，在外永磁體a3和內永磁體7的異性磁場作用下，輸出端轉子5會吸附在磁體安裝盤a9表面。當本發明同步型複合盤式磁力聯軸器運行時，需要輸出端轉子5與輸入端轉子完全分離，即兩者間不接觸。通過端盤定位孔b16和定位螺栓可以將輸出端轉子5沿軸線方向向外側移動一定距離，並與磁體安裝盤a9間形成間隙，該間隙稱為氣隙。

之後將已裝配完成的輸入端組件b與連接筒1未裝配一側同軸裝配。裝配過程中保證磁體安裝盤b14與磁體安裝盤d11在端盤b4在同一側，且需保證外永磁體b6與軸向相鄰的磁體安裝盤b14上的內永磁體7，磁性相反，即在軸向上兩者產生引力。同樣的，磁體安裝盤b14與磁體安裝盤a9相同，預留定位孔。通過調整磁體安裝盤a9與磁體安裝盤b14上定位螺栓可以調整輸出端轉子5的軸向位置，使得磁體安裝盤a9與磁體安裝盤c10的距離和磁體安裝盤b14與磁體安裝盤d11的距離相同，即輸出端轉子5左右側氣隙相同。經上述步驟完成本發明同步型複合盤式磁力聯軸器的裝配過程。且所述的連接筒1、端盤a2及端盤b4皆由非導磁材料製成。

本發明同步型複合盤式磁力聯軸器運行時，需要去除磁體安裝盤a9與磁體安裝盤b14上用以固定輸出轉子軸向位置的定位螺栓，使得輸出端轉子5與輸入端轉子完全分離，兩者僅在磁場的作用下連接。由於外永磁體a3與外永磁體b6的形狀及磁場強度相同，相對於輸入端轉子上的內永磁體7在軸向上產生引力大小的僅與距離有關。因為裝配時需保證磁體安裝盤a9與磁體安裝盤c10的距離和磁體安裝盤b14與磁體安裝盤d11的距離相同，故作用在內永磁體7上的兩組引力大小相等，且方向相反。共同作用在輸入端轉子軸線方向上，其合力為零；同理，輸入端組件a與輸入端組件b上的外永磁體a3及外永磁體b6也同時受到軸向大小相同，且方向相反的兩組引力。兩組引力共同作用下，輸出端轉子5受到的軸向合力也為零。從設計上最大程度的避免了傳統同步型盤式磁力耦合器裝配後會在左右相反磁場的引力作用下而產生徑向力，從而提高了扭矩的傳動能力。

本發明通過增加兩側的端盤，減少了輸入端組件和輸出端組件的磁場強度流失，從而一定程度的增大了轉矩和傳動效率，可應用於傳動效率高等場合。

本發明不局限於本實施例，任何在本發明披露的技術範圍內的等同構思或者改變，均列為本發明的保護範圍。