【doc】旋转轴的磁流体密封技术【doc】旋转轴的磁流体密封技术 旋转轴的磁流体密封技术 旋转轴的磁流体密封技术 上海交通大学施文康陈文元 一 , 常规的旋转轴密封 为了保持机器或器械的正常工作条件,有 对也为了保证机器外部的环境条件不被破坏, 就需要在机器或器械的内外交界面上设置一障 碍,以便内外隔绝互不受影响.例如一台电 机,既要保证轴承处有充分的润滑浊并不致流 失拳;沾污外界环境,而且要保证外界的获尘,污 物不致进入内部而加速机器,轴承的损坏对 于磁盘存贮器而言,其密封要求更为突出.主 轴轴承处润滑油的选出会破坏机腔内的100...

　　【doc】旋转轴的磁流体密封技术 旋转轴的磁流体密封技术 旋转轴的磁流体密封技术 上海交通大学施文康陈文元 一 , 常规的旋转轴密封 为了保持机器或器械的正常工作条件,有 对也为了保证机器外部的环境条件不被破坏, 就需要在机器或器械的内外交界面上设置一障 碍,以便内外隔绝互不受影响.例如一台电 机,既要保证轴承处有充分的润滑浊并不致流 失拳;沾污外界环境,而且要保证外界的获尘,污 物不致进入内部而加速机器,轴承的损坏对 于磁盘存贮器而言,其密封要求更为突出.主 轴轴承处润滑油的选出会破坏机腔内的100级 净化条件.这种逸出也会过早地导致主轴轴承 处润滑油的枯褐. 绝对的密封是没有的.根据要求的不同就 有各种不同的密封装置.按密封的结构型式, 可分为自封型密封,机械峦封和其它型式的密 封等 自封型密封,是利用压力使密封圈产生变 形而达到密封的目的.它又可分为压缩型和胀 圈型两种, 机械密封也称端面密封,是利用两端面的 紧密贴台,使该两运动端面间维持一甚极薄的 流体膜而达到密封的目的. 其它还有毛毡密封固,弹簧片密封圈与骨 架式密封圈.它们是利用密封圉与轴的直接接 触而达到密割目的.此外,尚有迷宫式密封或 离心式密封,这种场合,密封件与轴没有直接的 接触. 上述多种密封型式,或者密封效果差,或者 摩擦过大,或者结构复杂磁流体密封则能较 完善地解决这些问

　　. 二,磁流体密封厚理 酪流体是一种由微小磁性颗粒(Fe0或 OrO2颗粒直径为2.5×lO-.一l5×土0m),

　　面话性剂及液体载休所组成的一种胶体溶 液.由于在此溶液中备微粒同同性电荷的斥 力与热运动较它的磁性吸力和范氏吸力(分子 静电吸力)来得强,从而永不凝聚沉淀.在通常 条件下每个颗粒的磁矩方向作无

　　排列,不 呈现宏观磁性.然而将它一置于磷场中,这些 颗粒便沿磁力线取向并被推向磁场强的地方. 利用磁流体的这一特性便可想见:只要在 结构中设置一磁场,并将需要密封的部位设计 得处于这个磁场的磁路内,则磁流体便可充满 密封部位的间隙而达到密封的目的.如图1 所示,靠中间一块永久磁铁或电磁铁使两侧磁 极形成强磁场.磁流体被暇住在间醵内,形成 液体u型密封坏,把间隙完全堵住. 图l 图1(.)和(b)是两种不同结构型式的磁流 体轴向密封.圈l)结构中磁力线通过轴这 种轴须用导融材料翩作;图1(结构中,磁力 线不通过轴,对于一些不用导磁材料作的轴 的密封.可采用这类结构. 除了密封,磁流体的另一个主要功用是澜 精,与磁流体密封的结构设计原则一样,只要 需润滑的部位布置在磁路内,这对具有润滑性 能的磁流体可充填到此部位.在许多场台,磁 流体将同时作密封和润滑之用. 磁流体密封的寿命主要取决于磁流体曲挥 发率和稳定性制作得好的磁流体具有特别低 的挥发率.例如在60~0时,典型的挥发率约为 ?1 1O.g/o??目,即在一秒钟内,每一平方厘米表 面积上仅仅挥发丁0.000J.微克.因此可以说, 磁流体密封除了摩擦力小噪音低,精度高,结 构紧凑,:亦兼具寿命长的优点. 三,磁流体的应甩 磁流体的应用范习很广,据报道,它能用于 能量变换装置,油水分离装置,磁浮选矿或者 对含有放射性,有毒气体的轴密封.在医疗器 械上亦有应用如人工心脏起搏机.对于机械 工程师而言其兴趣莫过于磁流体密封和润滑 了. 高性能磁盘驱动器中主轴系统的密封和润 滑是磁流体最成功的应用实例之一如前所述 安装有磁头磁盘的机腔应满足100级净化条 件.所谓100级净化是指每一立方英尺容积内 大于O.5m颗粒的尘埃数不得超过100颗.这 是由于当今的磁盘驱动器中的头/盘间隙已减 小至0.3m甚至更小.任何看来微不足道的 污染都可能引起头/盘系统的损坏.图2形象 地展示了各种尘埃的危害性.可以想见如果 让主轴轴承处的润措体随意弥散飞溅,其危害 不轻于烟尘. 防止主轴轴承处润滑油的泄漏,除了避免 净化腔的污染外,亦为了防止轴承处润滑油的 过早枯竭,以满足磁盘机在其寿命期限内主轴 轴承的充分良妤滑润条件. 图3是某一磁盘机的主轴端结构图.从永 磁体1出发的磁力线的外圈,滚璩 至内圈并经过轴3穿过轴与磁极板4之间的 间隙回到永磁体,形成一条完整的磁通路.此 时,轴承内外圈与滚珠之间的间隙内,及轴与 磁极板间隙内充满着磁流体. 磁流体密封的主要技术指标是承压能力和 ?船. 3 摩擦功耗.现根据图引听示的实际结构分别计 算如下: pB丑 式中承压能力,;丑一一磁流体的 饱和磁化强度,,一般为O.01.~0.06T,此处 为0.025H一一磁隙磁场强度,A.m,经测定 约为80oo00A,./rro故. 却0.025×800000=20000ida 这对于基本上处于内外压力平衡状态下的 磁盘机主轴丽言已足够了.对于要求较大承压 能力的密封装置,可采用多级密封,一般每级的 承压能力可达0.5×10,O.7. 计算摩擦功耗的近似公式为: P一些 1.2×10而 式中P——摩擦功耗,W——磁流体的 粘度,?,?——密封级数,n——转速, r/m~D一一轴径,ore,6——每级密封磁板 的平均宽度,om,——密封处的半径间隙,el1).. 代入本结构的参数为 ?350P一35x10—3P4?8.翼1. 一 3600r/]ili[1,_D一1.2? 6—0.050m,h;0.02em 故:P一兰兰::兰:::兰:曼 1.2×1×0.岫 1.船W 四,磁流体密封的结构设计 磁流体密封的结构比较简单它不外由磁 铁,磁极,轴,壳体及填入间隙的磁流体所组成 如前所述,每级密封的承压能力可达O.5× :【ON0.7×10Pa(0.5,O.7at).霞压能力受 磁流体密封中磁场强度分布的影响,所以对于 磁回路的安排及磁极前端的形状设计相当重 为了获得最大的磁场强度,密封间隙^应 尽量小圉4).如果值己选定,则一45, 好O., /h=30,40,t一0.O5,O.1或五 一 1.5—4,证明是最佳值 如果用单级密封得不到理想的耐压能力 则采用多级轴密封.虽然由于级数增多而耐压 增高但如果凸起部分过于接近后,会造成磁场 的相互干扰,每级的耐压反而降低.因此对于 给定的五+肪值,就存在一个五肪的最佳值.例 如当五/h=2对,取五./h=2.5,3是令人满意 的.采用如瞬4(.)与(6)形状的多级轴密封 一 45../h一40.L~/h一3).经实验后得出总 承压能力: 一 (0.64.?+0.36)m 式中为密封级数,锄为每级的承压能力o (t(c) 圈4 对于磁流体密封设计者来说还颓考虑下 列问题:1)轴的尺寸允差必须在O.025n1?范 围内2)轴的表面耀糙度应小于忌0.8m,相 (上接第3I页j 当于表面光洁度VIO或更高,圆周表面无划 痕凹坑:3j轴的材料为耐腐蚀导体,通常可用 钝化的不锈钢制造;4)轴上用作为密封的部位 的长度在上磁极的上方至少应超出1Inm,在下 磁极下方(靠近轴承)至少超出0.8mm图5ji 6)壳体材料应为任何非磁性体. 5 磁流体及其密封技术是从六十年代开始发 展起来的在我国仍为一种新技术,它的动密封 效果好,摩擦阻力小,结构也并不复杂并能方 便地把润滑和密封兼顾起来.可以预料,一待 我国的磁流体性能稳定可靠价格低廉后,其应 用的领域会越来越广. 参考文献 [1]尉光华磁流体及其应用《润滑与密封》N..5.1979 [2金子秀夫磁性流体0润猾一0童电《润滑》Vo1.22, No.8,]917 [3]神I二J新一磁流体密封《润滑.]27N.31932 [4]CYsffofluiolie.,ExelasiouSealAppHeaiioaMan3aI~ 耳erT0u徂lOorpor~tlon.11.sA.1987 图6图7 ?船?

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