热门关键词:

磁流体轴承的ANSYS仿真及偏心性能分析

  • 该文件为pdf格式
  • 文件大小:562.91KB
  • 浏览次数
  • 发布时间:2015-01-23
文件介绍:

本资料包含pdf文件1个,下载需要1积分

ANSYS Simulation and Performance Analysis Under Eccentricity forM agnetic Fluid BearingsJin Shuai ,Ma Ji-en ,Li Xing-lin ,Yin Xin ,Fang You-tong(1.Academy ofElectric Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China;2.Postdoctoral Workstation ofHangzhouBearing Test&Research Center,Hangzhou 310022,China)Abstract:The principle and characteristics of the magnetic fluid bearings are introduced.The transient simulation iscaried out based on ANSYS software to obtain the magnetic field distribution and eddy curent distribution under normaloperating conditions,and the perform ance of the bearings with the shaft eccentricity is analyzed.The results show thatthe uneven force of the bearings increases with the eccentricity of shaft,the sealing performan ce wil be weakened dueto the unevenness of the magnet force.but the influence of eccentricity of shaft on total load iS not large。

Key words:high speed railway bearing;magnetic fluid bearing;simulation;performance analysis国内高速铁路机车的牵引电动机轴承大多采用国外轴承,费用较大。我国近年来高速铁路项目高速发展,对高性能牵引电动机轴承的需求也较大,为降低成本,摆脱对国外轴承的依赖,研制国产轴承的需求日益迫切 J。目前国内滚动轴承的性能还无法满足要求;空气轴承由于空气的低黏滞性,容易受到灰尘的影响 J。磁流体轴承具有密封性能好、体积孝振动孝回转精度高及噪声低等特点,不论列车运行于何种状态,均能发挥良好的性能,拥有传统轴承无法比拟的优势 ]。

收稿 日期 :2012-05-25;修回日期 :2012-07-13基金项目:国家自然科学基金项目(51105331);铁道部科技研究开发计划项目(2010J003-C)作者简介:金帅(1987-),男,硕士研究生,主要研究方向为磁流体轴承;马吉恩(1979-),女,助理研究员,主要研究方向为机电-体化技术,E-mail:jienma###126.corn。

1 磁流体轴承的原理与特性磁流体轴承与普通滑动轴承的区别在于,其轴瓦与轴颈问的润滑介质为磁流体,因此正常工作状态下,磁流体轴承需要具备励磁部件。受轴瓦中励磁部件的磁长励,磁流体将使得轴承润滑表面始终有充足的润滑介质,不会出现干摩擦或半干摩擦 。

填充间隙中的磁流体材料是由纳米级的磁性固体颗粒、基液和表面活性剂组成的胶状浊液,当受到外加磁场时才产生磁性。文中选用的是纳米四氧化三铁(Fe,O )。其具有良好的顺磁性和高比表面积,是制备磁流体首选的磁性粒子。

相关文献中对磁流体本身研究较多,而对磁流体轴承整体磁性能研究较少 - 。磁流体轴承中,用于产生磁场的部分-般采用永磁体或直流励磁,两者各有优劣。对于永磁体励磁磁流体轴《轴承)2013.No.2承,用于密封的环形永磁体则由磁性较强的永磁体加工而成。受环形永磁体磁场的作用,通过径向孔流人轴套内表面的磁流体,将在每块环形永磁体的两端位置对应的轴套内表面和转轴之间的间隙中形成由磁流体构成的环形液体 O形圈。由于该 O形圈的存在,使得滑动轴承的润滑表面上始终拥有充足的润滑介质。这个 O形圈不仅能实现润滑的作用,同时还有-定的密封作用 J。永磁体产生的磁诚稳定,磁力线形状规则,但磁场不能变化。国内对永磁体励磁的磁流体轴承研究较多。直流励磁的磁流体轴承可以改变磁场强度以改变磁流体的分布,但存在铜损。图1为-般的直流励磁磁流体滑动轴承结构示意图。文中基于ANSYS对直流励磁的磁流体轴承的边界条件及磁厨行分析,以了解磁流体的运行工况。

41-轴承内套;2-磁流体;3-载流导体;4-磁流体注入孔图 1 直流励磁磁流体轴承结构图2 磁场分析在轴承 内部 ,矢量磁位 A满足X( Y A)J, (1)A [A A A ] , (2)J[ r, (3) diag[ , , ], (4)式中:t,为电流密度;l,为磁阻。

由(1)~(4)式可得偏微分方程 专 0ity-O升Ax)]/去[ ( Oz- A./1,(5) 去 0 Az-0 Ay)]/去 0 Ay- )],(6) 0-Ax- A./1-号 - ay/1。(7)轴承内部的能量泛函可表示为F(A)Ⅲ 出 [ (曰 )-J.A]dxdydz。

(8)依据能量最小原理,F(A)的变分应为0,即OF(A)0,得到o、( f,I- ( )- ( )]。

斗 -击(薏) o(、 of l-( )] ydxdydz 差- ( ) Oy(薏)-去( 3A ]J dxdydz [善( )(者 x) ( , )] dy出Ⅲ[ ·y OASA( ) ( ) (yz) 出[ ( ) ( ) (- -SA:)。

dxdydz0。 (9)由于前 3项除了在 Drichlet边界上为 0外,在其他地方为任意值,因此oAf:-Oax k OAa厂x、]- OaY OAa厂xy、I-o(2aAf-,I。,(10)of o(、of,- oy(、f I,-啬( )。,(11)Of- 0( )- ( )-告( )。,(12)(10)~(12)式即构成了 Neumann边界条件。

不考虑端部,取轴承的主体部分,在 ANSYS中建立三维模型,如图2所示,磁流体的宽度为图2 磁流体轴承模型利用ANSYS自带的剖分工具进行网格划分,对磁流体、转轴及轴套部分的剖分进行加密,结果如图3所示。

《轴承2013.№.2(a)偏心1 Film(b)偏心2 miD图8 偏心下的磁感应强度矢量图O.0200.016瘟 0.012髫0.08鍪0.040- 9o l(10 0 360角度 /( )图9 磁感应强度对比图径相对改变较大,在磁通势不变的情况下使间隙内磁通量减校通常情况下,磁流体耐压方程为ⅣP/XoM∑(Hm -H),式中: 。为真空磁导率;M为磁流体的饱和磁化强度;H ,H 分别为第 i极下磁场强度的最大值与最小值 。

当转轴不偏心时,由于密封结构内磁场的轴对称分布,转轴沿各个方向的磁场力大小相等,转轴的总的磁场力合力为 0。偏心发生后,磁流体膜厚减小的-侧磁场强度增大,厚度增大的-侧磁场强度减小;而且随着偏心量(偏心率)的增大,两侧磁场力的差值也变大,最终使得作用在转轴上的磁场力合力指向磁流体膜较厚-侧。

选取转轴及轴套作为分析对象,应用ANSYS中的Nodal Calcs工具计算偏心2 mm时作用在轴上节点的 ,Y轴方向上的磁场力合力为 CSGx- 6.866 746 N。CS 6.535 252 N,由此计算得到总的磁场力合力为 9.48 N。同理得到偏心 1mm时的磁场力合力为 6.30 N。从数值上看受力并不大,对普通的轴承寿命几乎无影响,但其合力方向基本与偏心方向处于同-直线,且指向偏心方向,因此会使转轴有向偏心方向运动的趋势,而这部分的受力即需要流体动压润滑的作用来承担 j,转轴受到-个与径向磁场力方向相反的动压力,它能够抵消-部分磁场力。

4 结束语(1)应用ANSYS仿真对直流励磁磁流体轴承的模型进行三维求解,验证了模型的合理性。

(2)磁流体处磁雏变以及磁场力受力不均随偏心程度增大而增大,总体上磁流体受到的电磁力并不大,对轴承总体载荷影响不大,但由于磁流体受力不均而使得受力较小-侧密封性能减弱,这是需要关注的。

正在加载...请等待或刷新页面...
发表评论
验证码 验证码加载失败