Магнитожидкостные уплотнения

Изложенное выше не претендует на абсолютную точность. Единственной его целью является показ, что даже грубый анализ показывает, что эксцентриситет в рабочем зазоре, может быть существенным, практически соизмеримым, с величиной рабочего зазора, т.е. с одной стороны он может быть удвоенным, а с другой - какой-то минимально возможный, допускающий вращение подвижных частей друг относительно друга.

Для проведения эксперимента сделано четыре кольца (рисунок 3.6), которые позволяют сделать максимальные рабочие зазоры 0,03, 0,1 0,2 и 0,3 мм на сторону.

Важным является выбор соотношений геометрических параметров зубцов - отношение ширины зубца к зазору b/?, величины площадки на острие зубца к зазору t/?. Известны наиболее оптимальные соотношения геометрических параметров зубцов с точки зрения удержания максимально возможного перепада давлений. Как правило, их приходится корректировать в процессе разработки МЖУ, т. к. необходимо учитывать различные ограничения и дополнительные требования к МЖУ.



Рисунок 3.4 -Форма кольцевых выступов

Геометрические параметры зубцов рассчитываются относительно величины рабочего зазора ?. Ширину площадки на вершине зубца выбираем исходя из величины максимально возможного рабочего зазора t/?max?2. Принимаем t=0,4 мм.

3.3 Исследование зависимостей напряженности магнитного поля от параметров конструктивных элементов

После проведения эксперимента было замечено, что через несколько недель магнитная жидкость изменила свою первоначальную структуру и приняла вид неоднородной густой пасты. При этом перестала выполнять свои функции, герметичность устройства была нарушена. Но ресурс работы МЖУ должен быть намного больше и достигать нескольких лет. На рисунке 3.5 показана динамическая характеристика изменения критического перепада давлений МЖУ от времени.



Рисунок 3.5- Зависимость удерживаемого перепада давлений МЖУ от времени

Данная характеристика отображает, как меняется удерживаемый перепад давлений в течение работы МЖУ. На кривой выделяют три участка - этапа. На первом этапе после заправки МЖ в МЖУ (0 - ti) происходит возрастание удерживаемого перепада давления вследствие повышения концентрации частиц магнитной фазы в зоне максимальных индукций. Длительность первого этапа определяется значениями градиента магнитного поля, размера частиц, размера и упругости защитных оболочек, реологических свойств МЖ и может достигать нескольких суток. Второй этап (ti - t2) характеризуется стабильностью критического перепада давления. Этот период может достигать нескольких лет. Здесь имеет место равновесие между диффузионными процессами во всех направлениях. На третьем этапе (t2- оо) старение МЖ и ухудшение ее качества происходит вследствие процесса агрегации частиц, снижения намагниченности вследствие окисления, других изменений дисперсной фазы, испаряемостью и фильтрацией дисперсной среды, что вызывает снижение критического перепада давления. Пробой уплотнения наступает, когда удерживаемый уплотнением перепад давлений в точке tmaxсравнивается с приложенным перепадом давлений.

Кстати, эти эффекты присущи любой магнитной системе, имеющей неоднородную ферромагнитную структуру. Важно, что они есть, и оказывают свое негативное влияние на свойства магнитной жидкости, на ускоренную концентрацию магнитных частиц, образование цепочек и кластеров и пр.

При наличии неоднородностей образуется область магнитной жидкости с существенно измененными свойствами и, что интересно для нашего случая, с резко увеличившейся динамической вязкостью, зависящей, в том числе, от концентрации частиц и от уровня магнитного поля. Известно, что момент трения МЖУ, в общем случае рассчитывается по формуле (3.1).

Мтр=?RSV/?, Н*м (3.1)

где ? - динамическая вязкость магнитной жидкости в реальном магнитном поле,

? - величина рабочего зазора, мм.

При работе МЖУ, т.е. его вращении, происходит перемешивание магнитной жидкости и восстановлении ее свойств. При остановке сразу начинается указанный выше процесс старения магнитной жидкости. С течением времени эта область с какой-то скоростью увеличивается. Скорость старения магнитной жидкости существенно замедляется по мере выхода из неоднородного магнитного поля. Для этого необходима достаточная величина рабочего зазора, остающаяся в узком месте, при эксцентриситете. К сожалению, в рассмотренной конструкции запаса по зазору нет и без того, небольшой номинальный зазор может быть значительно уменьшен в некотором секторе рабочего зазора и в этом же секторе резко возрастает как средняя индукция, так и всплески в местах неоднородности. Это ведет к ускоренному перетеканию магнитных частиц в места концентрации поля и резкому возрастанию динамической вязкости магнитной жидкости в данных местах. Через сравнительно короткое время эти микрозазоры полностью заполняются измененной магнитной жидкостью и резкому увеличению момента трения, в соответствии с приведенным выше уравнением (3.1) (вязкость возрастает в разы, а зазор в разы уменьшается в некотором секторе).

При исследовании магнитного поля в зазоре магнитожидкостного уплотнения магнитопроводящего вала обнаружены зоны с повышенной напряженностью поля около кромок зубцов. Проведенный эксперимент подтвердил, что у кромки полюса напряженность поля значительно превышает напряженность в рабочем зазоре. Наличие зон cповышенной напряженностью поля в зазорах устройств, где присутствует магнитная жидкость, отрицательно сказывается на процессах, происходящих в магнитной жидкости, и в конечном итоге на ресурсе таких механизмов. Поэтому представляет интерес исследование закономерностей распределения магнитного поля в околокромочных зонах. В работе ставится задача оценить величину отличия напряженности поля на кромках полюсов от базовой напряженности поля в зазоре, определить границы распространения зон повышенной напряженности, понять, какие факторы влияют на напряженность поля в этих зонах, найти способы снижения проявлений кромочного эффекта.

Исследование выполнялось методом математического моделирования магнитного поля у кромки полюса, образующего воздушный зазор с поверхностью магнитопроводящего вала с помощью программы elcut. Рассматривалась плоскопараллельная картина поля.

На рисунке 3.8 показана геометрия исследуемой области. Полюс имеет ребро К, образованное пересечением двух поверхностей ДК и КЕ полюса. В электростатике данное ребро принято называть кромкой, поэтому при рассмотрении магнитного поля сохраним устоявшийся термин - кромка.

Величину зазора между полюсом и поверхностью вала обозначим ?, ширину полюса t, угол между образующими кромку поверхностями, а смежный с ним ?. Рассматриваемую геометрию исследуемой зоны зададим в относительных единицах. Геометрия в относительных единицах называется геометрической характеристикой. Такая характеристика - удобный параметр для сравнения однотипных конструкций.

Рисунок 3.6- Распределение линий потока в расчетной области

За базовую геометрическую величину принимаем зазор ?. Ширину полюса выбираем t=6?из тех соображений, чтобы в зазоре был гарантированный участок с однородным магнитным полем. Высоту полюса задаем равной h=3?. Полюс и вал выполнены из ферромагнитного материала, имеющего нелинейную кривую намагничивания - сталь Ст.3 с индукцией насыщения 2,1 Тл.

Рассматриваемая задача решалась численным методом - методом конечных элементов. Метод универсален, при использовании не требует сложных математических преобразований, позволяет рассматривать области со сложной геометрией, оперативно менять форму поверхностей отдельных участков, учитывать насыщение магнитных материалов, что важно при решении большинства задач магнитостатики. Исходя из выбранного метода, граничные условия задавались следующим образом: на границе АБ векторный магнитный потенциал А постоянен и равен 0 и на границе ВГ магнитный потенциал А постоянен и определяется из условия, чтобы индукция однородного поля в зазоре составлялаВ=0,1 Тл. Задавая низкую индукцию в зоне однородного поля зазора, реализуем условие отсутствия насыщения материала полюса и вала. На границах БВ и АГ касательное поле Н5 = 0.

Напряженность магнитного поля около кромки полюса напрямую связана с величиной напряженности поля в зазоре ?, поэтому нагляднее напряженность представлять в относительных единицах:

Н = Н/НБ (3.2)

где Н - напряженность магнитного поля в рассматриваемой точке пространства;

НБ- базовая напряженность поля в зазоре, определяемая по формуле (3.3).

Нб = U/? (3.3)

где U- магнитодвижущая сила, создающая поле в зазоре.

Максимальное значение относительной напряженности Hв рассматриваемой области или на рассматриваемом участке назовем коэффициентом неоднородности kн =Нмах.

Коэффициент неоднородности служит мерой отклонения поля от однородного [29].



4. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

4.1 Удерживающая способность МЖУ

После проведения эксперимента были получены следующие данные, представленные в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Экспериментальные данные

?, мм	0,03	0,1	0,2	0,3
?Р, Атм	1,83	1,54	1,1	0,6

Результаты эксперимента в виде графика представлены на рисунке 4.1

Рисунок 4.1- Диаграмма зависимости удерживаемого перепада давлений от зазора

На диаграмме заметно, что с увеличением рабочего зазора удерживающая способность уплотнения падает. Зависимость этих двух факторов друг от друга почти линейна, но ее можно выразить квадратичным уравнением (4.1)

?Р= -7,36? 2 - 2,39? + 1,87, Па (4.1)



В результате эксперимента получена количественная оценка удерживающей способности МЖУ с двумя зубцами. Таким образом, при проектировании МЖУ можно выбирать между величиной зазора и количеством зубцов. При этом с увеличением числа зубцов увеличиваются габариты узла.

4.2 Результаты моделирования магнитного поля в зазоре

После формирования модели магнитного поля в исследуемой зоне получены данные относительной напряженности. Программа автоматически строит график распределения напряженности вдоль любой линии, указанной вручную.

На рисунке 4.2 представлены кривые распределения относительной напряженности магнитного поля в зазоре у поверхности полюса и поверхности вала.

Рисунок 4.2 - Распределение относительной напряженности поля: 1 - около поверхности полюса (?=0,95?); 2 - на поверхности полюса

Поблизости от кромки полюса наблюдается всплеск напряженности магнитного поля (кривая 1). Напряженность поля на пике кривой 1 в 1,7 раза превышает напряженность поля в равномерном зазоре. Около поверхности вала никаких отклонений напряженности поля напротив кромки не наблюдается.

На рисунке 4.3 показано изменение относительной напряженности поля при перемещении от вала к кромке полюса на линии, лежащей в плоскости ЕК. Зона повышенной напряженности поля начинается на расстоянии ?0,35? от поверхности полюса.

Величина максимальной напряженности более чем в 6 раз превышает напряженность поля в равномерном зазоре. Но надо отметить, что такая высокая напряженность существует в непосредственной близости у поверхности полюса, практически на границе раздела сред, и стремительно снижается при удалении от границы.

Рисунок 4.3 - Распределение относительной напряженности поля в зазоре на линии кромки

Поэтому при анализе параметров поля в околокромочной зоне необходимо фиксировать расстояние от поверхности полюса, на котором рассматривается напряженность или индукция. Обозначим это расстояние как А.

На рисунке 4.3 в зазоре ? пунктирной линией обозначена граница зоны повышенной напряженности поля около кромки. Зона имеет вытянутую форму от кромки к середине полюса. Глубина распространения зоны в направлении вала составляет около 30 % от величины зазора ?. Градиенты напряженности поля в околокромочных зонах на порядок выше, чем градиенты поля, создаваемые зубцами в зазоре магнитожидкостного уплотнения, которые, в свою очередь, считаются очень высокими. Если рассматривать поле вблизи кромки полюса, то наибольший градиент напряженности поля наблюдается вдоль поверхности ЕК при стремлении к точке К. Учитывая такую особенность поля у кромки, кромочный эффект может использоваться как способ создания высокоградиентных магнитных полей.

На величину кромочного эффекта влияет геометрическая характеристика и магнитные свойства используемых материалов.

На рисунке 4.4 показано влияние угла между образующими кромку плоскостями на коэффициент неоднородности поля. Чем острее кромка, тем выше неоднородность поля в прилегающей зоне. Зависимость коэффициента неоднородности от угла имеет характер, близкий к линейному.

Рисунок 4.4-Влияние угла на коэффициент неоднородности поля(?= 0,05?).

Индукция в сечении полюса распределяется неравномерно. Индукция в кромке полюса значительно выше индукции в средней части полюса. При малом магнитном потоке и отсутствии насыщения стали индукция на острие кромки почти на порядок превышает индукцию в средней части полюса. При росте потока, проходящего через полюс, сталь кромки полюса начинает входить в состояние насыщения при В5 = 0,2 Тл. Чем выше средняя индукция в зазоре, тем больший участок кромки входит в насыщение. Насыщение стали снижает неоднородность напряженности поля у кромки полюса.

На рисунке 4.5 показана зависимость коэффициента неоднородности поля от индукции в средней части зазора.

Рисунок 4.5- Зависимость коэффициента неоднородности поля от индукции в зазоре (?= 0,05?)

Значение коэффициента неоднородности при высоком насыщении стали уменьшается, напряженность поля в зазоре выравнивается.

В магнитных системах различных электромеханических устройств зоны повышенной напряженности у кромок могут играть как положительную, так и отрицательную роль. В случаях, когда высокая напряженность поля у кромок магнитных систем в устройстве нежелательна, кромки можно закруглять. Это приводит к снижению неоднородности поля. Способ закругления кромок как мера борьбы с высокими градиентами электростатического поля на кромках был использован немецким ученым В. Роговским еще в 20-х годах прошлого века. Расчеты магнитного поля у кромки полюса показали, что чем больше радиус закругления кромки, тем равномернее индукция в зазоре (рисунок 4.6).

Рисунок 4.6- Влияние радиуса закругления кромки на коэффициент неоднородности поля

Полностью устранить кромочные эффекты закруглением кромок невозможно. Даже при радиусе закругления, равном величине зазора?и более, неоднородность поля не исчезает.

Таким образом, моделирование магнитного поля на кромках полюсов магнитных систем с учетом нелинейных свойств магнитных материалов на основе метода конечных элементов показало:

- около кромок полюсов магнитных систем существует высокоградиентное магнитное поле, напряженность которого может значительно превышать напряженность поля в равномерном зазоре:

- на величину неоднородности поля влияет геометрическая характеристика рассматриваемой магнитной системы и уровень насыщения используемых материалов:

- закругление кромок полюсов существенно снижает неоднородность поля, но полностью кромочный эффект не устраняет.



5. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ МЖУ

Основные технические и иные требования к научно-технической продукции: должна быть разработана конструкция магнитожидкостного уплотнения для поворотного вращающегося контактного устройства.

Требования по назначению:

МЖУ предназначен для обеспечения герметичности в соединениях вал-корпус (обеспечивая защиту от пыли, влаги и осадков) при разности давлений 70 кПа.

Основные технические характеристики МЖУ:

частота вращения вала не более 8 об/мин.

уплотнение должно обладать минимально возможным моментом трения в диапазоне температур от -50°С до +55°С.

Должны быть обеспечены следующие требования:

наработка на отказ 2000 часов, срок службы 7 лет;

остальные требования по механическим и климатическим воздействиям по группе 1.5.1 общеклиматического воздействия ГОСТ РВ20.39.304, группы 1.3 ГОСТ РВ20.39.305.

В соответствии с техническим заданием магнитожидкостное уплотнение должно надежно работать в следующих условиях:

при скорости вращения вала не более 8 об/мин;

при разности давлений на уплотнении 70 КПа;

при циклическом изменении температуры от -50 до +55°С.

Из анализа условий эксплуатации следует, что МЖУ призвано разделять воздушно-газовые среды с перепадом давлений не менее 70 КПа. Это достижимо в современных конструкциях МЖУ.

Температурный диапазон работы МЖУ достаточно широк: от -50 °С до +55°С. Это требует применения магнитных жидкостей работоспособных в таком температурном диапазоне, как, например, магнитная жидкость МК009-40 с намагниченностью при напряженности магнитного поля в интервале 500…+700 кА/м не ниже 40 кА/м, диапазоном рабочих температур -60 °С… +80 °С.

Частота вращения вала для этого изделия, точнее угловые перемещения, небольшие и это не требует применения специальных мер.

Таким образом, условия работы МЖУ изделия позволяют разработать эффективные конструкции уплотнения.

Выбор схемы МЖУ. В разрабатываемом МЖУ диаметр вала составляет 345 мм, что для МЖУ считается большим и требует применения конструкций, обеспечивающих возможность выполнения рабочего зазора с повышенной точностью. Из существующего многообразия конструкций МЖУ, наиболее перспективной является система с коаксиально разъемными полюсными приставками, ряд составных частей которых жестко соединен с корпусом подшипникового узла. Это позволяет максимально сократить число посадочных поверхностей, обеспечивающих рабочий зазор. Кроме этого при реализации данной конструкции желательно обеспечить обработку посадочной поверхности под опорные подшипники и рабочую поверхность зазора за одну установку детали.

Возможно применение различных технологических приемов изготовления узла МЖУ, повышающих точность рабочего зазора, допустим, обработка поверхностей, образующих зазор, после сборки магнитной системы и подшипникового узла. При больших диаметрах уплотняемого вала - это наиболее перспективный путь. Номинальный рабочий зазор МЖУ составляет ?=0,1 мм, а максимальный, с учетом допусков на размеры - ?мах=0,15 мм, поэтому расчет магнитной системы будет выполняться исходя из данных значений рабочего зазора.

В конструкции МЖУ поворотного вращающегося контактного устройства должны быть предусмотрены отверстия для заправки магнитной жидкости.

Заправочные отверстия позволяют заправлять МЖУ после его окончательной сборки, что наиболее технологично и обеспечивает минимальный расход магнитной жидкости. Заправочные отверстия позволяют также заправлять МЖУ непосредственно перед вводом его в эксплуатацию, что сокращает период нахождения магнитной жидкости в магнитном поле в статическом режиме. Наличие заправочных отверстий позволяет дозаправлять МЖУ во время регламентных работ при длительном режиме эксплуатации, а также восстанавливать удерживающую способность уплотнения без его разборки после аварийных пробоев. Отверстия выводятся в канавки между зубцами, что не сказывается удерживающей способности узла от деформации магнитного поля в районе его выхода.

Количество зубцов. Форма и геометрические параметры зубцов.

Количество зубцовопределяется из заданного максимального удерживаемого перепада давления с учетом технологии изготовления узла. Заданный перепад давления на МЖУ составляет 70 КПа. Максимальный удерживаемый перепад давления одним зубцом обычно не превышает 30 КПа, поэтому в уплотнении необходимо выполнить не менее 3 зубцов. Учитывая, что в уплотнении два полюса и требуется иметь запас по давлению, то в конструкцию магнитной системы закладывается 4 зубца, по 2 зубца на полюсную приставку. При технологических требованиях выполнения минимального зубцового деления 1,5-2 мм это потребует ширины одной полюсной приставки 3-4 мм.

Форма зубца. Наиболее оптимальной для МЖУ является форма зубца, приведенная на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Форма зубцов в МЖУ



Расположенные на поверхности полюсных приставок или вала зубцы имеют боковые образующие в виде дуг, причем, рядом расположенные зубцы образуют между собой канавку, в аксиальном сечении имеющую форму полукруга радиусом Rс центром, лежащим на поверхности уплотняемого вала, а на острие зубца выполнена площадка, параллельная оси вала шириной t. Такая форма зубца с переменным сечением, во-первых, не позволяет зубцу входить в состояние насыщения по всей высоте зубца при уменьшении ширины площадки t. Поэтому не происходит существенного падения магнитодвижущей силы в зубце, а следовательно, и снижения Нмах. Во-вторых, форма боковых образующих зубцов в виде дуг, образующих между собой канавку, в аксиальном сечении имеющую форму полукруга радиусом Rс центром, лежащем на поверхности уплотняемого вала, позволяет достичь максимального снижения Hmin по сравнению с известными формами канавок. Упрощенно это можно объяснить следующим образом. На величину Hmin на поверхности вала влияет разность скалярного магнитного потенциала между поверхностью вала и полюсной приставки и удаленность точки минимальной напряженности на валу от поверхности канавки полюсной приставки. Форма полукруга канавки, образующейся дугами соседних зубцов, обеспечивает максимальную равно удаленность точки Hmin в зазоре на валу от любой точки поверхности канавки полюсной приставки. Поэтому при одной и той же ширине канавки предлагаемая форма обеспечивает наиболее низкие значения Н по сравнению с другими известными формами. Данная форма зубца сложнее в изготовлении по сравнению с трапецеидальной формой, поэтому ее можно рекомендовать при серийном производстве МЖУ, когда изготовление резцов специальной формы оправдано. Закругление кромок зубцов и полюсных приставок. Для каждой магнитной жидкости существует критическое значение максимальной напряженности магнитного поля Нкр, до которого магнитная жидкость сохраняет свою устойчивость продолжительное время. Все магнитожидкостные уплотнения создаются исходя из параметров используемой жидкости. Поэтому при разработке уплотнений контролируют, чтобы максимальная напряженность поля в зазоре Нмах не превышала Нкр, что обеспечивает устойчивость магнитной жидкости в уплотнении и его работоспособность в течение продолжительного промежутка времени.

Исследования магнитных полей у кромок полюсов, проведенные в работах, показали наличие всплеска напряженности магнитного поля около кромок зубцов, Здесь существуют зоны с напряженностью магнитного поля, существенно превышающей Нмах на поверхности вала в зазоре. Повышенная напряженность поля в локальных зонах рабочего зазора отрицательно сказывается на устойчивости и ресурсе магнитной жидкости, приводит к увеличению моментов трения и страгивания уплотнения. Отрицательных эффектов можно избежать, закруглив кромки зубцов (рисунок 5.2). При изготовлении узла на закругления кромок в рабочей зоне необходимо обратить особое внимание. В МЖУ для поворотного вращающегося контактного устройства рекомендуется закругление кромок зубцов.

Выбор постоянных магнитов МЖУ.

Постоянные магниты. В качестве источника магнитного поля рекомендуется постоянный магнит из магнитотвердого материала КС-37, отличающийся временной стабильностью магнитных свойств. Учитывая большой диаметр МЖУ (>300 мм), малую толщину постоянного магнита (~4 мм), высокую энергию используемого магнитотвердого материала, постоянный магнит в виде сплошного кольца использовать не рационально. Велика вероятность его разрушения в процессе изготовления, перевозки, хранения и сборки МЖУ. Постоянный магнит такого диаметра можно выполнить из секций (фрагментов кольца), вклеенных в оправку. Для изготовления секций требуются пресс формы, что связано с дополнительными финансовыми и временными затратами. В опытных узлах рационально использовать стандартные магниты серийного производства, при этом несколько увеличатся габариты магнитной системы МЖУ.



Рисунок 5.2 - Закругление кромок зубцов: а - распределение напряженности магнитного поля на поверхности полюсных приставок с зубцами с незакругленными кромками; б - распределение напряженности магнитного поля на поверхности полюсных приставок с зубцами с закругленными кромками

В уплотнении предлагается использовать постоянный магнит, выполненный из набора цилиндров, равномерно размещенных по окружности кольцевого немагнитного сепаратора. Проведенные исследования показали, что магнит может быть выполнен в виде набора из цилиндрических магнитов КС-37 диаметром 10 мм и высотой 4 мм, равномерно размещенных по окружности в немагнитном сепараторе.

Заправочные отверстия в МЖУ.

В разработанной конструкции МЖУ для поворотного вращающегося контактного устройства предусмотрены отверстия для заправки магнитной жидкости. Известны различные способы, устройства и методики заправки магнитных жидкостей. Исследования магнитных полей в рабочей зоне уплотнения показали, что выходы заправочных отверстий должны располагаться в основаниях канавок между зубцами, при этом удерживающая способность узла не снизится из-за локальной деформации магнитного поля. В разрабатываемом МЖУ поворотного вращающегося контактного устройства зубцы расположены на внутренней поверхности магнитопроводящего кольца платформы. Это позволяет разместить выходы заправочных отверстий в основаниях канавок между зубцами и в тоже время обеспечить свободный доступ к заправочным отверстиям МЖУ без предварительной частичной разборки узла платформы и создает удобство и технологичность обслуживания узла при его эксплуатации.

Конструкция МЖУ и размеры основных элементов Численное исследование эффективности приведенных соотношений с учетом ограничений на линейные размеры уплотнения, заданного рабочего зазора, максимально возможного эксцентриситета вала, позволило найти наиболее оптимальные параметры зубцов и МЖУ в целом (рисунки 5.3, 5.4).



Рисунок 5.3 - Конструкция магнитожидкостного уплотнения поворотного вращающегося контактного устройства

Рисунок5.4 -Конструкция и размеры рабочей зоны МЖУ поворотного вращающегося контактного устройства



В результате анализа условий эксплуатации МЖУ были определены основные конструктивные параметры элементов уплотнения. В соответствии с ними была разработана конструкция для конкретного изделия, эскиз которой представлен на рисунке 5.5. Очевидно, основную трудность представляет обеспечение гарантированного зазора 0,1 мм между деталями на O342 мм. Зазор данной конструкции направлен по радиусу, поэтому эксцентриситет определяется в основном радиальными зазорами в посадках и радиальными биениями а также зазорами в подшипниках.

Рисунок 5.5 - Эскиз изделия с МЖУ

Путем затяжки внутренних колец пары подшипников уменьшается влияние на радиальное биение допускаемых зазоров и люфтов подшипников.

Совместная обработка нескольких деталей в сборе исключает влияние некоторых допусков и посадок, размерная цепь для расчета погрешности величины рабочего зазора сокращается.

Сначала обтачиваются канавки после сборки стального кольца и фланца, соединенных в натяг, как наиболее сложный элемент конструкции уплотнения. Чертеж сборки на рисунке 5.6.



Рисунок 5.6 - Платформа в сборе

Обработка производится на токарном обрабатывающем центре BIGLIA B658Y. Затем производится измерение полученного размера вершин зубцов и его погрешность. Результаты измерений заносятся в паспорт на сборку.

По действительному размеру вершин зубцов обрабатывается цилиндрическая поверхность полюсных приставок с обеспечением гарантированного зазора в сборке 0,1 мм на сторону рис. 5.7.



Рисунок 5.7 - Корпус в сборе

Из-за высоких требований к точности сборка изделия сложная и не возможна без специальных приспособлений.

По техническим требованиям во время заведения сб. ед. 1 Ротор в сборе в сб. ед. 2 Корпус в сборе необходимо исключить касание ротора двигателя и сердечника статора. Максимальный зазор между деталями равен 0,63 мм на сторону. Разработанное приспособление (рисунок 5.8) позволяет легко заводить ротор в корпус, не допуская касание деталей двигателя.



Рисунок 5.8 - Приспособление для установки ротора

Приспособление состоит из массивного основания поз.1, к которому крепится корпус в сборе. Также к основанию крепится направляющая ось поз.2. К крышке поз.3 крепиться болтами поз.6 ротор в сборе. В процессе сборки ротор свободно проходит на место и фиксируется подшипником. После снятия приспособления происходит дальнейшая сборка изделия.

Груз через рычаг действует с расчетным усилием 50 кгс снизу на ротор в сборе. Полученное осевое перемещение измеряем индикатором. Осевой люфт от усилия 50кгс по техническим требования не должен превышать 0,05мм. Люфт регулируем набором подкладных колец, устанавливаемых между лапками и верхней поверхностью внутреннего кольца подшипника.

Следующее приспособление необходимо для исключения касания вершин зубцов и полюсных приставок в процессе установки верхнего фланца.

Стальной фланец с нарезанными на нем канавками устанавливается на штифтах к кольцу с направляющими втулками и крепится болтами. Другая часть изделия также на штифтах устанавливается на верхний фланец тумбочки приспособления и крепится болтами. Затем верхний фланец по направляющим опускается и крепится на цилиндре.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с заданием на выпускную квалификационную работу нами произведен литературный обзор существующих способов уплотнения между неподвижными и подвижными деталями, более подробно рассмотрена информация о магнитожидкостных уплотнениях и выявлены проблемы, которые могут возникнуть при проектировании МЖУ.

Разработана методика и оборудование для исследования рабочих характеристик МЖУ. Проведено исследование влияния различных факторов на ресурс уплотнения.

Техническая новизна заключается в разработке конструкции МЖУ для реального изделия на АО «ВОМЗ», удовлетворяющая требованиям технического задания. Определены количество зубцов МЖУ, форма и геометрические параметры зубцов, размеры и количество постоянных магнитов.

Проработана технология изготовления и сборки изделия с МЖУ.

Научная новизна данной диссертационной работы заключается в установлении количественных взаимосвязей в конструкции МЖУ, в уточнении основных закономерностей, в разработке методики и проведении экспериментальных исследований.

Практическая ценность работы подтверждается внедрением устройства с улучшенными характеристиками уплотнения.

Апробация работы. Основные результаты работы были опубликованы и докладывались на научно-технической конференции «Молодые исследователи - регионам» международного уровня (г.Вологда, 2016).



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Магнитные жидкости в машиностроении: учеб. пособие / Д. В. Орлов [и др.]. - Москва: Машиностроение, 1993. - 272 с.

2. Пат. 2297567 Российская Федерация, МПК F16 J15/43. Способ заправкимагнитожидкостного уплотнения вала / С. М. Перминов, Ю. Я. Щелыкалов; заявители и патентообладатель ИГЭУ №2004135277заявл. 02.12.2004;опубл. 20.04.2007. - Б. и. - 2007. - №14.

3. Берковский, Б.М. Магнитные жидкости: учебник / Б. М. Берковский, В. Ф. Медведев, М. С. Краков. - Москва: Химия, 1989. - 279с.

4. Розенцвецг, Р. Феррогидродинамика: учеб. пособие / Р. Розенцвецг. - Москва: Мир, 1989. - 356с.

5. Фертман, В.Е. Магнитные жидкости: учебник / В. Е. Фертман.- Минск: Высш. шк., 1988. - 184с.

6. Казаков, Ю. Б. Усовершенствованные наномагнитожидкостные герметизаторы / Ю. Б. Казаков, С. М. Перминов // Вестник ИГЭУ. - 2006. - № 3. - С. 31-32.

7. Ершов, А. Г. Трехмерное моделирование магнитного поля магнитожидкостного герметизатора с учетом эксцентриситета вала / А. Г. Ершов, Ю. Б. Казаков, С. М. Перминов // Состояние и перспективы развития электротехнологии: материалы Междунар. науч.-техн. конф., ИГЭУ. - Иваново, 2007. - С. 90.

8. Перминов, С. М. Исследование распределения параметров магнитного поля в элементах магнитной системы магнитожидкостного герметизатора классической конструкции / С. М. Перминов // Вестник ИГЭУ. - 2013. - № 3. С. 32- 35.

9. Полетаев, В. А. Исследование влияния величины шероховатости поверхностей деталей рабочего зазора на момент трения электромеханического устройства / В. А. Полетаев, Т. А. Пахолкова, С. М. Перминов // Вестник ИГЭУ. - 2012. - № 5. - С. 32-35.

10. Перминов, С. М. Исследование магнитного поля в рабочем зазоре с шероховатой магнитопроводящей поверхностью трения электромеханического устройства / В. А. Полетаев, Т. А. Пахолкова, С. М. Перминов // Вестник ИГЭУ. - 2012. - № 2. - С. 36-39.

11. Перминов, С. М. Исследование распределения напряженности магнитного поля около шероховатой магнитопроводящей поверхности / С. М. Перминов // Вестник ИГЭУ. - 2012. - № 1. - С.24-27.

12. Перминов, С. М. Роль площадки на острие зубца в формировании магнитного поля и удерживающей способности рабочего зазора магнитожидкостного уплотнения / В. А. Полетаев, Т. А. Пахолкова, С. М. Перминов // Вестник ИГЭУ. - 2011. - № 5. - С. 32-34.

13. Перминов, С. М. Разработка способа, устройства и методики измерения намагниченности нано дисперсной магнитной жидкости / С. М. Перминов // Вестник ИГЭУ. - 2009. - № 3. - С. 54-57.

14. Герметизаторы на основе нанодисперсных магнитных жидкостей и их моделирование: монография / Ю. Б. Казаков, Н. А. Морозов, Ю. И. Страдомский, С. М. Перминов. - Иваново: ИГЭУ, 2010 г. - 184 с.

15. Перминов, С. М. Кромочные эффекты в магнитном поле / С. М. Перминов // Состояние и перспективы развития электротехнологии: материалы Междунар. науч.-техн. конф., ИГЭУ. - Иваново, 2011. - С. 174-175.

16. Перминов, С. М. Исследование кромочных эффектов магнитного поля с учетом нелинейных свойств магнитных материалов методом математического моделирования / С. М. Перминов // Вестник ИГЭУ. - 2011. №4. - С. 30-32.

17. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя:в 3 т. Т. 1 / В. И. Анурьев. - Москва: Машиностроение, 1992. - 816с.

18. Резвых, К. А.Расчет электростатических полей в аппаратуре высокого напряжения: учеб.пособие / К. А. Резвых. - Москва: Энергия, 1967. - 120 с.

Размещено на Allbest.ur