申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2024-04-08

公开（公告）日：2024-07-05

公开（公告）号：CN118294132A

主分类号：G01M13/022

分类号：G01M13/022;G01M5/00;G06F30/20;G06F119/14

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.07.23#实质审查的生效;2024.07.05#公开

摘要：本发明属于永磁传动技术领域，公开了一种盘式永磁联轴器轴向偏载下刚度计算方法。将偏载下易于测量的轴向气隙最大值和最小值作为约束条件，基于磁荷库仑定律计算轴向转矩最大值，并结合转矩变化规律提出简化轴向转矩解析式，最后通过求导和系数修正，获得轴向偏载下盘式永磁联轴器扭转刚度的修正值；该方法无需进行耗时长、计算复杂的有限元计算，只需根据盘式永磁联轴器设计初期选取的关键结构参数，通过简单的解析计算即可对轴向扭矩和扭转刚度进行定量分析，可为盘式永磁联轴器的初期设计、刚度预测和减振降噪效果评估等提供重要的技术支撑，在实际工程应用中具有操作简单、适应性强、计算耗时短等优点，是具有工程实际应用价值的计算方法。

主权项：1.一种盘式永磁联轴器轴向偏载下刚度计算方法，其特征在于，步骤如下：第一步、确定盘式永磁联轴器关键结构参数假设背铁盘厚度足够，漏磁忽略不计；首先确定盘式永磁联轴器的关键结构参数；其中，主动永磁体2和从动永磁体5的尺寸完全相同，长度为l、宽度为w、厚度为h，剩余磁化强度均为Br；主动永磁体2和从动永磁体5的磁极对数为p，且主动永磁体2和从动永磁体5沿圆周方向均匀分布，N极、S极均匀交替排布；第二步、基于磁荷库仑定律计算盘式永磁联轴器轴向转矩最大值首先，以盘式永磁联轴器回转中心为原点O，水平方向为x方向，竖直方向为y方向，建立二维笛卡尔坐标系x-O-y；主动永磁体2和从动永磁体5对称轴线沿圆周方向的相对偏转角度为θ，几何中心离回转中心O的距离为r，沿轴向的气隙厚度为g；其次，分别在主动永磁体2和从动永磁体5工作表面上任取一点M和N，主动永磁体2和从动永磁体5沿短边对称轴线与y方向的夹角分别记为θ1和θ2，根据磁荷库仑定律可知，M点处的磁荷对N点处的磁荷作用力表示为： 其中，为N点到M点的向径，和分别M、N点在主动永磁体2和从动永磁体5工作平面内的向径；dθ1、dθ2、dr1和dr2分别为θ1、θ2、r1和r2对应的微分；μ0为真空磁导率，μ0＝4π×10-7Hm；σ1和σ2为主动永磁体2和从动永磁体5的磁荷面密度，由于主动永磁体2和从动永磁体5采用相同材料，故|σ1|＝|σ2|＝Br；同号磁荷之积为正，负号表示异号磁荷之积；由于M、N点的向径分别在两平行平面内，故在主动永磁体2工作表面上的投影为故式1在主动永磁体2工作表面上的分力为： 和的向量积即为M点磁荷对N点磁荷作用的力矩表示为： 然后，通过积分求得一对磁体间作用力矩表示为： 最后，根据盘式永磁联轴器轴向转矩变化规律可知，其最大转矩出现在θ＝180°p处，代入可得盘式永磁联轴器轴向转矩最大值T0为： 第三步、根据转矩变化规律和轴向转矩最大值获得轴向转矩简化解析式盘式永磁联轴器在一个周期内的转矩变化近似为正弦变化，因此其轴向转矩Tθ可近似用下式表示： 其中，T0为第二步求出的轴向转矩最大值；Kα为周期影响因子，与所选永磁体磁极对数p有关；Kβ为永磁体剩余磁通密度影响因子，与所选永磁体的牌号有关；Kγ为永磁体形状影响因子，与矩形永磁体的尺寸有关；Kλ为永磁体沿磁体盘径向位置分布影响因子；为轴向转矩的综合补偿，与影响因子数值的选取有关；各影响因子的取值如下式所示： 第四步、计算轴向偏载下盘式永磁联轴器刚度修正系数，对转矩简化解析式求导并修正后获得轴向偏载下扭转刚度解析式首先，盘式永磁联轴器轴向偏载状态下，实际轴向气隙测得的最大值和最小值分别记为g1和g2，由轴向偏载下气隙不均匀引起扭转刚度变化的修正系数记为ψθ，其解析式为： 其次，对转矩简化解析式进行求导，可得修正前盘式永磁联轴器扭转刚度解析式Kθ为： 最后，结合轴向偏载下扭转刚度修正系数ψθ，可得修正后盘式永磁联轴器扭转刚度解析式K'θ为： 第五步、代入相对偏转角，完成轴向偏载下扭转刚度值解析计算将两盘相对偏转角数值θ代入修正后的扭转刚度解析式K'θ，即可获得轴向偏载下盘式永磁联轴器的扭转刚度值K'，至此计算完成。

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