有限元分析当从动轮无任何负载时,则启动力矩只需要克服从动轮的转动惯量便可启动。若从动轮带有负载时,便必须从动轮所受转动力矩等于负载力矩时,从动轮才能处于临界旋转状态。此时主动轮转过的角度我们定义为启动角。永磁齿轮其传动性能受到多种因素的影响,如制作所需的永磁材料、永磁齿轮的外观尺寸、永磁齿轮之间的间隙、永磁齿轮的磁极对数等。选择高矫顽力的永磁材料制作,便可得到传动力矩大的齿轮;永磁齿轮宽度越宽,所传递的力矩便越大;在同种永磁材料的前提下,通过增大永磁齿轮的外径,其传递的力矩首先呈下降趋势;当齿轮外径增大到一定程度的时候,传递力矩便呈上升趋势;永磁齿轮间隙越小,之间的作用力越强,则其传递的力矩就越大;当磁极对数的增大时,其传递的力矩虽然呈下降趋势,但转速将趋向平稳。由机械原理知识:为保证齿轮定传动比,两齿轮的磁极数及尺寸必须满足两齿轮齿顶圆的磁极弧长相等的条件,这样才能保证齿轮边缘线速度的平均值相等。否则将引起从动轮的转速不均匀、失步,使传动失效。
永磁齿轮采用高磁性能的稀土永磁材料制作,通过轮缘磁极间产生的磁场相互耦合,产生磁作用力来传递转矩。表征磁性物质特性的两个基本参数是磁感应强度B和磁场强度H,二者的关系曲线称为磁化曲线。对于永磁材料而言,其特征关系演变为退磁曲线。基于退磁曲线,用等效电流法可建立永磁体等效物理模型,对于永磁齿轮,由于其磁极是轴对称分布的,可取其中的一极建立如图所示的等效物理模型。
通过以上的有限元分析和对算例的实际计算,可以看到分析的结果是正确的,接近于计算值的。
永磁齿轮是一种新型传动机构,因它具有一些特殊的性能而在一些情况应用要比使用常规齿轮更为优越。本文为其建立的物理模型和数学模型,比较真实地反映了实际情况,初步解决了永磁齿轮的设计与分析问题。
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