上置磁场铁谱原理的研究

本文首次提出将高梯度磁场设置在谱片之上,使磁力的作用方向与重力相反,制谱片时利用重力减少油样中非铁磁性污染颗粒的沉积,克服普通分析式铁谱仪制谱片时油样中污染颗粒在谱片上的过多沉积,为润滑油污染严重的机械设备的磨损状况监测提供了一种新途径。试验与应用表明上置磁场铁谱原理能有效地减少污染颗粒在谱片上的沉积。     

在线铁谱仪磁场的优化设计

提出了一种适用于在线铁谱仪磁场的优化设计方法。首先建立结合永磁体与电磁铁的混合磁铁模式,然后设计一种以磨粒所受磁力为依据的衡量磁场性能的目标函数,再采用改进遗传算法和有限元方法对混合磁铁进行了优化设计。以优化结果为依据研制了混合磁铁,并进行了实验测试。结果表明,与磁感应强度相比,所提出的目标函数更适合判断铁谱仪磁场的性能;混合磁铁满足在线铁谱仪的功能要求,体积只有电磁铁的1/3。     

润滑油中磨粒分析磁滤谱仪滤端结构设计

为解决磁滤谱仪的磁铁安装和滤膜放置等问题,对磁滤谱仪进行磁场分析。首先采用ANSYS workbench模块,通过变换2个磁铁块的相对位置和磁极方向,分析沉积面磁感应强度的大小。结果表明:在沉积面上磁铁相互吸引的状态比磁铁相互排斥的状态的磁感应强度要大,2个平行磁铁块距离越近,则在沉积面形成的磁场越强,并且磁场方向与沉积面是平行的。然后采用ANSYS(APDL)模块,在workbench分析的基础上,通过对2个磁铁块的磁感应强度和磁场强度模拟发现,在两者中心位置有磁感应盲区;通过映射路径的方法发现,在磁铁块上方2 mm的平面处出现了磁感应强度最大值,滤膜放置在此位置效果最佳。     

一种高梯度静磁场感应式全流量磨粒监测传感器

针对传统单激励油液磨粒传感器难以实现全流量润滑油监测的问题,提出了一种基于多激励结构的感应式磨粒监测传感器。在传感器流道周向均匀布置多个激励结构,扩大检测范围,从而实现全流量磨粒监测。建立三维有限元模型,分析了感应线圈的静磁场和瞬态特性,揭示了激励结构数量与y-z平面周向磁场均匀性的关系。同时,优化了传感器的磁极形状。单颗粒模拟实验表明激励电流、电流方向和激励结构数量直接影响磨粒感应信号波形,验证了激励结构数量是影响传感器有效检测范围的重要因素。润滑油系统循环条件下的磨粒注入实验结果显示,传感器能够在直径为40 mm的流道中检测到13μm的铁磁性磨粒。     

润滑油中铁磁颗粒的检测

根据对油中铁磁颗粒检测的需要，设计了铁磁颗粒传感器，并对其进行了特性试验。论述了对润滑油中铁磁颗粒检测的检测方法，根据检测结果和预置数据可以判断机械的磨损过程。     

基于ANSYS和Pro/E的微型磁力泵三维结构设计与仿真

磁力驱动技术实现了转矩无接触传递,解决了普通连接方式中的泄漏问题.在吸收国内外先进磁力驱动设计经验的基础上,进行磁转矩计算;磁路形式采用密封性能好、磁能积利用率高的拉推组合式结构;通过ANSYS对不同磁体厚度和不同工作气隙宽度的磁转子进行磁场分析.结果表明:随永磁体厚度的增加,转矩增加较快,但当厚度增加到一定值时,转矩增加较慢或不明显,并随气隙宽度增加,磁转矩迅速减小.磁体材料采用高矫顽力和高剩余磁感应强度的铷铁硼材料.通过ANSYS有限元分析对隔离套的结构进行优化,并利用Pro/E进行三维造型及机构运动仿真,以利于结构改进,提高结构设计的可靠性和科学性.     

油液中磨粒分析磁滤谱仪的设计

针对滤谱法中滤膜上磨粒分布不规则,不易区分铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒的问题,设计一种磁滤谱仪,它在原油液检测滤谱仪的基础上,通过引入自动运动控制机构,提高了工作效率;同时在下过滤端安装永磁铁,使油样中的铁磁性颗粒能在滤膜上沿磁力线方向分布。通过有限元方法确定该磁滤谱仪的磁场强度和磁场方向。实验结果表明,磁滤谱仪制备的滤膜上的铁磁性颗粒沿磁力线分布,能很快地区分出铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒,提高了铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒区分的准确度,提高了工作效率和可信度。     

聚磁结构在换热管漏磁检测三维有限元数值模拟中的应用

基于漏磁检测原理,针对铁磁性换热管的特点,利用有限元数值模拟方法,建立换热管漏磁检测三维有限元模型;针对提高漏磁场径向分量检测灵敏度,设计了2种聚磁结构(环形聚磁结构和锥形导向聚磁结构)。在此结构条件下,分析了漏磁场磁感应强度径向分量随缺陷深度的变化规律,得到漏磁场相关对比分析曲线。仿真结果表明,采用聚磁结构后,缺陷处测点的磁感应强度增强,其中锥形导向聚磁结构的聚磁效果更好。     

一种四稳态数字电磁执行器阵列设计及磁场模拟分析

为了消除模拟执行器中安装反馈传感器造成的空间局限性对系统紧凑性设计需求带来负面影响和多磁体环境下空间静磁力耦合计算复杂等问题,应用电磁驱动原理设计并静态模拟分析了一种新型四稳态数字电磁执行器阵列,绘制阵列结构的磁通密度空间分布图,并基于Furlani空间磁感应方程进行阵列系统空间磁场建模,提出了新型多磁体间快速静磁耦合计算方法(单重叠加法)。模拟对比结果表明,单重叠加法的模型(即Matlab模型)与系统校验模型(即Radia模型)相比,单磁体所受静磁合力最大误差仅为2.94%;与传统计算方法(多重叠加法)相比,单重叠加法计算效率提高约65.82%,有较好的准确性和高效性;执行器阵列空间磁通密度分布具有均匀性、一致性和独立性。     

磁力泵磁性联轴器的磁场数值计算

磁性联轴器的结构参数、磁场情况关系到传递磁转矩的能力、磁力泵机组的效率和可靠性,因此有必要对磁性联轴器的内外磁钢转角、磁极数、轭铁厚度、气隙等参数及其构成的磁场进行深入研究。基于磁路设计的基本原理,采用ANSYS软件,探讨磁力泵磁性联轴器的磁场分布及其磁转矩的影响因素。通过磁场分析、建模,对其永磁磁场进行数值计算,结合实例计算出内外磁转子不同转角时的磁力线分布及其磁转矩、气隙内磁感应强度。分别研究在不同磁极、不同轭铁厚度时的磁场分布情况及不同气隙时的转矩值。磁力泵磁性联轴器的磁场数值计算具有重要的理论和实际应用价值。     

Motion analysis on the particles in a magnetic field detector

This paper, as the title indicates, deals with the depositing mechanism of the particles under the magnetic field in the lubricant for on-line ferrograph or oil analysis. Lubricant, containing ferromagnetic particles, is taken as the multiphasic ferromagnetic fluid in ferrograph detecting. By measuring and regressing, the distribution formulas of magnetic density and magnetic density gradient of an electromagnet are gained. The variance law of viscosity of lubricant in the non-uniform magnetic field is studied and a viscosity formula is put forward. The motion law of ferromagnetic particles in the non-uniform magnetic field is studied and a standpoint is put forward, which is that the ferromagnetic particles cannot achieve a constant sinking velocity in a non-uniform magnetic field. The factors influencing particles motion, such as particle diameter, ratio of particles volume and air bubbles, are also studied. Some results are obtained and discussed, which are of practical significance in the research and design of on-line ferrograph and other methods of on-line oil monitoring.     

铁谱技术中非铁磁性磨损颗粒的监测研究

在使用铁谱技术进行机械工况监测过程中，由于铁谱仪的磁场很难收集到摩擦副产生的非铁磁性磨损颗粒，往往会导致监测结果产生偏差或不正确。以钢一铜试件对磨后获得的油样为例进行铁谱对比实验，研究了磁流体在非铁磁性磨粒监测方面的应用。结果表明，在磁流体的作用下，油液中的非铁磁性磨粒将被磁化而有效沉积到铁谱片上，从而使油液的监测分析结果更为全面和准确。此外，介绍了磁流体的组成，分析了磁流体使非铁磁性磨粒磁化的机理。     

磨粒在线监测装置及其试验研究

针对磨粒在线监测方案实施复杂、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于磁场力测量的快速磨粒监测装置。对该装置磁场中的磨粒进行了运动学分析,并利用MATLAB求得了磨粒沉积轨迹的数值解。在此基础上,试验研究了磁场强度、油液黏度及输送速度对磨粒沉积的影响,并对监测装置的线性度、相关性、重复性、定量误差、灵敏度和磨粒捕捉范围进行了测试。结果表明：该磨粒在线监测装置性能稳定,符合监测要求,能够有效地捕捉粒度大于10μm的铁磁性磨粒,可实现对设备初期故障的快速预报。     

调磁式异步磁力联轴器三维气隙磁场研究

针对一台14对极21个调磁极片的调磁式异步磁力联轴器,为研究其气隙中永磁磁场与调制磁场的空间分布规律,利用有限元模拟的方法,得出静态与瞬态下三维气隙磁场的分布及周期性;基于等效面电流法,采用Matlab软件进行离散化编程求解,得到外气隙永磁磁场沿径向、周向及轴向的三维空间分布及周期性;采用多维高精度数字化测磁装置对联轴器的永磁磁场及调制磁场进行两种不同方案的三维测量。结果表明,永磁磁场与调制磁场均呈现周期性分布,其周期数分别为14、7;瞬态下气隙磁场的磁感应强度幅值大于静态时的幅值;气隙磁场存在端部效应,气隙磁场径向与周向分量的端部磁场小于中间磁场,轴向分量则相反;测量结果与模拟结果、解析结果具有很好的一致性。     

磁流体粘度特性研究

通过对旋转式粘度计进行改进,在测试区域内产生了可调磁场,并利用该实验台,分别测定出2种磁性液体的粘温和粘磁关系。结果表明:磁流体在磁场的作用下,粘度随外加磁场的增强而逐渐增大,呈现非牛顿流体的特性,主要由于磁粒子沿磁力线运动,这种运动会使悬浮粒子流动阻力增大,表现为粘度的增大;在没有磁场作用时,与一般的润滑剂一样,磁流体的粘度随温度的升高而逐渐降低,基载液的粘度随温度的变化规律对磁流体的粘温关系影响很大,基本符合Arrhen ius公式。     

Static and dynamic analysis of elastohydrodynamic elliptical journal bearing with micropolar lubricant

In this paper the effect of deformation of the bearing liner on the static and dynamic performance characteristics of an elliptical (two-lobe) journal bearing operating with micropolar lubricant is presented. Lubricating oil containing additives and contaminants is modeled as micropolar fluid. A generalized form of Reynold's equation is derived from the fluid flow and diffusion equations. Finite element technique is used to solve the modified Reynold's equation governing the flow of micropolar lubricant in the clearance space of the journal bearing and the three-dimensional elasticity equations governing the displacement field in the bearing shell. The static and dynamic characteristics of the bearing are computed for a wide range of deformation coefficient which takes into accountant the flexibility of bearing liner by treating operating lubricant as (i) Newtonian and (ii) micropolar. The computed results show that the increasing volume concentration of additives and mass transfer of additives produce significant changes on the performance characteristics.     

高通量微型多参数油液污染物检测传感器

为了缩短检测液压油污染物的相对时间、提升对固体污染物的检测精度。设计了一种内置玻璃管的高通量环形流道检测传感器,玻璃管内置一对硅钢片,聚合检测区磁场用以提升检测精度。流道穿过双层平面线圈内孔,通过改变平面线圈电路的连接方式,传感器可以切换两种不同的工作模式:电感检测和电容检测。电感检测可以区分铁磁性和非铁磁性固体颗粒,电容检测可以区分水滴和气泡。分别对电感检测和电容检测进行理论分析和实验验证,并且对有无硅钢片的电感检测进行仿真和实验对比。实验结果表明,环形流道设计缩短了检测时间,硅钢片的聚磁场效果可以提升对固体污染物的检测精度,铁磁性(铁颗粒)检测下限40μm,非铁磁性(铜颗粒)检测下限130μm,电容检测时,检测到200μm水滴和270μm气泡。该研究为实验液压油污染物快速区分检测提出了一种新方法。     

有场制备的磁流变弹性体压缩弹性模量测试分析

针对磁流变弹性体压缩弹性模量随磁场变化的问题,在磁场存在的环境下制备出其材料配比分别为羟基铁粉为108 g,硅橡胶为28 g,硅油为18 g的磁流变弹性体磁流变弹性体,在压缩应变ε=2.6%的情况下分别对磁场方向与磁流变弹性体颗粒链压缩方向平行和垂直的情况下建立了数学分析模型。对磁流变弹性体的压缩弹性模量进行了理论分析,并通过实验印证了理论分析的准确性。研究结果表明,加载磁场方向与磁流变弹性体内部颗粒链压缩方向平行的情况下,材料内部磁致压缩力随着磁感应强度的增强而非线性增大;加载磁场方向与磁流变弹性体内部颗粒链压缩方向垂直的情况下,材料内部磁致压缩力随着磁感应强度的增强而非线性减小。     

The effect solid particle lubricant contamination on the dynamic behavior of compliant journal bearings

The proposed work concerns a theoretical and numerical investigation of the effect of solid particle contamination of lubricant oils on the static and dynamic characteristics of a finite length compliant journal bearing operating under isothermal conditions with laminar flow. In the present investigation, we use simple models based on the Einstein's mixture theory, which is characterized by the presence of suspended rigid particles in a fluid. Using the classical assumptions of lubrication, a Reynolds equation is derived and solved numerically by the finite difference method. The displacement field at the fluid film bearing liner interface due to pressure forces is determined using the elastic thin layer model. The results obtained show that the presence of suspended rigid particles in the lubricating oil (solid contamination) has significant effects on the hydrodynamic performance characteristics such as the pressure field, friction force, flow rate, elastic surface deformation as well as stability maps of the rotor‐bearing system (critical mass and whirl frequency) especially at high volumetric concentration.     

表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响

为研究油气润滑状态下表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响,在角接触球轴承的内圈滚道上设计表面织构,基于气液两相流理论,采用多重参考坐标系(MRF)模型和流体体积(VOF)法,对高速角接触球轴承腔内润滑油流动特性进行数值分析,对比分析长沟槽、短沟槽、矩形、圆柱形4种表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响,发现长沟槽形的表面织构对改善角接触球轴承的润滑性能效果最为显著,并进一步分析长沟槽形表面织构结构参数对轴承润滑性能的影响。结果表明：轴承腔内油相体积分数随着沟槽深度和面积率的增大先增大后减小,随着沟槽宽度的增加逐渐增大,存在最佳织构参数使得轴承腔内油相体积分数最大。因此,合理地设计织构参数能有效提高角接触球轴承润滑性能,该研究结果对角接触球轴承表面织构设计具有一定的参考价值。