行星齒輪減速機資訊解析無接觸永磁齒輪機構
1 常見變速方式
現有的變速裝置多以直接接觸的機械齒輪(Gear)結構為基礎。典型的有圓柱齒輪、圓錐齒輪和行星齒輪等等。近些年學者們花了很大的精力致力於無級變速的研究(research),但對改變機理做進一步探討的內容不是非常多。現在比較常見的無級變速方式有齒輪式無級變速器、金屬帶式無級變速器等等.這些結構仍然不能克服傳統機械的缺陷;另外還有基於液、氣壓理論,以液、氣體為媒質而設計的變速方式,如雙斜盤同步旋轉內功率(指物體在單位時間內所做的功的多少)分流液壓(hydraulic)無級變速器.此種裝置的機理與以往的直接接觸的有所區別,它是靠液、氣體為媒質而實現的動力,具有運動平穩、噪聲小、摩擦小等優點,從而大大減弱了直接接觸機構伴隨的弊端。但是此種結構也有它自身的缺陷,各個閥的動作能量消耗(consume)、液體的流動、泄露都會造成效率的降低(reduce),並且加工難度大,製造成本高。再有一種就是基於電磁理論而發展起來的變速方式.機理是借助磁場利用磁場力,無需機械式的直接接觸就能實現變速。這種方式可分為電勵磁式和永磁體勵磁式、電勵磁式的磁感應強度受勵磁電流和線圈匝數的控製,又因勵磁電流的無限性,所以能實現較大的轉矩,並且具有運動平穩、無噪聲、摩擦小、過載保護等優點,故發展比較成熟,在很多場合都有實際應用的例子;但是也有勵磁損耗問題(Emerson)存在,影響(influence)了整體效率。而永磁體勵磁方式的磁感應強度受永磁材料(Material)性能和結構尺寸影響,在尺寸一定的情況(Condition)下,受永磁材料性能的製約,導致(cause)此種方式不能實現較大的轉矩,因此永磁體勵磁變速方式實際應用的例子比較少見,但此種方式沒有勵磁損耗問題存在,對整體效率的提高很有益處,有研究的必要。
2 磁性機構(organization)發展
國外發展:關於磁性機構應用於變速裝置的研究雖然不多,但早在20世紀60年代初期,國外就研製出了小型磁力驅動實驗裝置,1974年德國已有永磁連軸節問世,其在儀器儀表、石油、化工等領域都已有廣泛(extensive)的應用.在1981年,日本學者S1Oshima首先發明了永磁齒輪(Gear),並申請了專利,但之後沒有得到實際的應用。到了80年代末期,隨著微型機械的研究熱潮,人們開始研究用於微型機械的永磁機構。
同樣還是來自日本的兩位學者K1Tsurunoto和S1Kikuchi提出了一種使用永磁鐵製作的漸開線磁性齒輪,是由永磁材料(Material)SmCo5製成,在丙烯酸製成的圓盤上按漸開線排列,並且研究了齒輪齒數、模數、壓力角、比、中心距、氣隙等參數對永磁齒輪傳遞力矩的影響(influence),並對永磁齒輪進行了相應的優化.直到1991年,日本學者IKuta提出了一種新型的方式方法,即無接觸永磁齒輪。它是由多個沿徑向充磁的扇形或環形永磁體按照N極和S極相間排列圍成的圓柱體;總結了無接觸磁性齒輪的基本特性,提出影響平穩的因素並進行了矩角特性試驗等.學者們根據他做的工作發現,雖這種齒輪具有傳遞轉矩小,不能應用於大轉矩場合的缺點,但由於無接觸磁性齒輪具有向非導磁材料組成的封閉空間傳遞動力的特性,可以廣泛(extensive)應用於醫療器械和微型等領域。到目前,相關(related)的研究也越來越多,期刊上針對永磁齒輪的研究的文章非常多,隻不過都是針對某種特殊結構的永磁齒輪的研究。
關於永磁的研究我國起步較晚,而對於永磁齒輪的研究就更少了。20世紀90年代末,合肥工業大學汽車與工程學院的趙韓教授領導的小組開始了對稀土永磁齒輪的研究,並針對永磁齒輪機構(organization)的磁場以及轉矩計算做了很多工作.21世紀初,中國科學院電工所的研究人員,也對永磁齒輪做了相關的研究,並進行了大量針對具體結構的實驗分析;根據無接觸磁性齒輪具有向非導磁材料組成的封閉空間傳遞動力的特性,中國科學院電工所和中國醫學科學院兩家科研機構共同提出了“體外永磁可植入式動力瓣人工心髒”課題的研究,目標(cause)是將永磁齒輪成功作為人工心髒的驅動裝置,與此同時,國內一些科研人員也針對特殊結構的永磁齒輪進行相關的研究工作。
3 永磁齒輪工作原理及基本結構
永磁齒輪工作原理是基於磁阻最小原則。圖4所示為軸向充磁的一對永磁齒輪,當兩輪都處於靜止時,則會有一對極正對,因為這樣使磁阻最小,這時,不產生磁力力矩;而當兩個永磁齒輪其中一個扭動一個小轉角時,齒輪間將產生磁力力矩,另一齒輪將在力矩作用下隨之轉動;當轉過一定的角度時,下一對輪起主導作用,這樣一一對應,又因為兩輪的極數不等,從而實現變速和轉動連續。
永磁齒輪(Gear)基本結構與類型:永磁齒輪是利用磁場的相互作用設計的一種新型的機構,是磁力機械的一個重要研究領域,它的與機械齒輪類似,也是利用兩個齒數不同的機械齒輪時,能實現變轉速的原理設計變速機構,不同的是永磁齒輪沒有可見的齒結構,取而代之的是交替充磁的磁極。行星齒輪減速機相對其他減速機,P站PROBURN手机网页版具有高剛性,高精度(單級可做到1分以內),高傳動效率(單級在97%-98%),高的 扭矩/體積比,終身免維護等特點。
按製造工藝劃分永磁齒輪(Gear)常見的基本結構形態有兩種,1)采用粘結型磁鋼的環形或圓柱形齒輪。2)采用燒結性磁鋼的凸極型齒輪。
按充磁方向劃分永磁齒輪常見的基本結構形態也有兩種:1)徑向充磁永磁齒輪,此種永磁齒輪也是較常見的一種結構;2)軸向充磁永磁齒輪,關於探討此種結構的文章不多。
永磁齒輪的常見方式:采用徑向交替充磁的圓環體或圓柱體形式的永磁齒輪(其中內齧合的大齒輪必須是圓環體)同機械齒輪相似,也分為外齧合、內齧合、齒輪齒條、交錯軸等。齒輪減速機一般用於低轉速大扭矩的傳動設備,把電動機普通的減速機也會有幾對相同原理齒輪達到理想的減速效果,大小齒輪的齒數之比,就是傳動比。隨著減速機行業的不斷發展,越來越多的企業運用到了減速機。而采用軸向充磁側向齧合的永磁齒輪與機械齒輪有所不同,因永磁齒輪並沒有可見的齒結構,轉動時不會發生機械幹涉,這一點是機械齒輪不具備的。
4 結 論
無接觸永磁齒輪(Gear)變速與機械齒輪相比有著無摩擦損耗、傳遞效率高、無噪音(分貝(dB))、無需潤滑、無衝擊等諸多優點。硬齒麵齒輪減速機為達到特別低的輸出轉速,可以通過兩個齒輪減速機相聯的方法來實現。當采用這種傳動方案時,可配置電機的功率必須依賴於減速機的極限輸出扭矩,而不能通過電機功率來計算減速機的輸出扭矩。這些優點無論是對於能源的節約還是對環境的保護都是有利的,在當今能源枯竭的時代,可以說有著非常好的發展前景;雖然傳遞轉矩小一直是阻礙其發展的最大難關,並導致(cause)了目前很少有人對其進行研究,但相信隨著永磁材料(Material)的發展和對具體結構合理化設計的深入,特別是永磁材料的發展,能為無接觸永磁齒輪變速方式在更多領域推廣起著決定性的推動作用。