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永磁聯軸器的種類有哪些?怎么選?

2021-09-10 12:22:24

聯軸器是動設備系統不可缺少的聯結零件,轉動設備系統應用了大量的剛性聯軸器,剛性聯軸器安裝對中費時費力,對中不好振動不可避免,從而影響整個動設備系統的壽命和可靠性,工程師為了解決對中和振動這個難題,發明了各種各樣的聯軸器。近幾年出現了無機械連接的永磁聯軸器,由于其具有很好的隔振和安裝簡單特性,受到了越來越廣泛的歡迎。

永磁聯軸器是近幾年隨著稀土永磁材料發展而興起的、使主動端和被動端完全無機械聯、通過磁場實現扭矩傳遞、可替代傳統聯軸器的一種新型聯軸器。其特點:結構簡單、安裝簡單、具有軟啟動和過載保護功能;特別是在系統故障后快速恢復方面優勢明顯。

目前市面上永磁聯軸器主要的結構型式永為:套筒異步式、套筒同步式、圓盤異步式三種,如圖1~3所示。

圖1 套筒異步式 圖2 套筒同步式 圖3 圓盤異步式

1、套筒異步式永磁聯軸器 結構為內外套筒,外轉子為導體轉子、通常與主動端聯結;內轉子為永磁轉子,通常與被動端聯結。原理是:內外轉子相對運動時,在導體轉子上產生感應磁場,感應磁場與永磁場嚙合,從而實現能量無接觸傳遞。

2、套筒同步式永磁聯軸器 結構為內外套筒,外、內轉子均為永磁轉子,原理是:外永磁場與內永磁場直接嚙合,實現能量無接觸傳遞。

3、圓盤異步式永磁聯軸器 結構為圓盤結構,左右兩導體盤聯為一個導體轉子;中間為永磁盤,通常與被動端聯結。原理是:中間與兩邊轉子相對運動時,在導體轉子上產生感應磁場,感應磁場與永磁場嚙合,從而實現能量無接觸傳遞。

上述三種結構形式都通過磁場嚙合,實現能量無接觸傳遞,因此減振和隔振效果都非常好,相對于傳統的聯軸器,這三種聯軸器優勢明顯,替代傳統聯軸器,振動值通??梢詼p少一半。如何選擇呢?以下從六個方便進行比較說明(僅供參考):

a、結構復雜程度:從上述剖面圖可以看出,套筒異步式結構最簡單,套筒同步式最復雜,其外磁轉子永磁體的固定相對復雜。

b、對中復雜程度:套筒同步式,由于內外磁中心固定不變,軸向移動很困難,軸向對中好不易,其徑向對中幾乎沒有要求;圓盤異步式永磁聯軸器由于兩邊吸力很大,要將兩邊的氣隙對均勻難度很大,其徑向對中幾乎沒有要求。套筒異步式最簡單,對中時內外相對運動沿著磁場切線方向,同時大部分吸引力沿圓周方向相互抵消,由于外導體轉子在靜止時沒有磁場,因此無論軸向還是徑向對中幾乎都沒有要求,最簡單。

c、附加軸向力大小:附加軸向力小,原對系統的軸承沒有影響,特別是電機的軸承,一旦軸向力大,惦記的軸承壽命將大大縮短,因此無論哪種聯軸器,附加軸向力的大小都需要做嚴格的控制。從上述b描述 進一步分析可知,套筒同步式、圓盤異步式永磁聯軸器的軸向對中難,對不好都會產生很大的軸向力,因此這兩種永磁聯軸器在安裝時一定要控制好這個指標,否則會影響電機軸承的壽命,整個系統壽命降低;而套筒異步式,由于其感應磁場屬于被動式,有相對運動時才產生,因此軸向即使誤差大,軸向力也可以忽略不計。

d、軟啟動:套筒同步式沒有軟啟動功能,即使有大角度(90度),其軟啟動效果也幾乎為0。而異步式又軟啟動功能,啟動過程為:原動機全速啟動,被動機與主動機有轉差,從大轉差到小轉差的過程就是一個軟啟動過程。

e、傳動效率:套筒同步式由于沒有轉差,因此其效率與剛性聯軸器相當,效率比異步式稍高1%左右。針對于負載特性為變轉矩載荷(低轉速低扭矩)而言,異步式永磁聯軸器由于降低了負載的轉速,反而更節能。

f、過載保護:我們知道現在應用最廣、最可靠的保護是電機過載保護,但是該保護有弱點:保護滯后。而機械過載(堵轉等)造成傷害的時間可能是毫秒級,比如堵轉后可瞬時導致減速機打齒、甚至斷軸,因此僅僅靠電機的過載保護是來不及的。異步式永磁聯軸器具有最 大扭矩,可以避免打齒甚至斷軸的現象出現,這個最 大扭矩又是過載工況,給電機的過載保護提供充分長的時間(各個廠家參數不一樣),從而實現系統安全保護。但是在過載狀態時,導體盤上的發熱增大,如果在設計允許的時間內電機的過載保護還不動作(保護失靈),將導致永磁聯軸器故障。如果套筒同步式永磁聯軸器過載,將導致內外永磁打滑,表面上看好像讓主動和被動側隔開了,保護了系統,但是實際上這個過程非常危險,因為有非常大的交變力作用在負載軸上,這個交變力無論是對減速機還是傳動軸都是有傷害的,直白一點的說:在過載狀態,不但保護不了減速機,而且會導致減速機直接打齒。另外還有一種限矩型永磁聯軸器,當過載(超過限矩型永磁聯軸器的設定扭矩)時,限矩型永磁聯軸器自動拉開永磁盤與導體盤之間的距離,將電機和負載完全脫開,當負載故障解除(扭矩低于其設定扭矩時)自動投入,想象一下非常完美;但是大家思考一下,該限矩型永磁聯軸器怎么知道故障解除可以正常投入了呢?我們知道永磁盤與導體盤一直有吸引力,一直嘗試投入,但是需要帶動的扭矩大,帶不動,則將其繼續推開,直到可以帶動了,推不開了自動投入,這個過程,針對減速機而言是一個波動載荷(這種載荷方向不變,只是大小變),而這個波動力對減速機而言也是有害的,但不是致命的;但是致命的是該過載保護可能會導致電機的過載保護失靈、不能動作了,如果時間一長肯定傷減速機。


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