Расчет и моделирование магнитных полей у шероховатых поверхностей МЖУ

NovaInfo 55, с.23-26, скачать PDF
Опубликовано
Раздел: Технические науки
Просмотров за месяц: 2
CC BY-NC

Аннотация

При механической обработке деталей магнитожидкостных уплотнений на их поверхностях образуется шероховатая поверхность. Выступы шероховатой магнитопроводящей поверхности концентрируют магнитный поток, образуя зоны с повышенной напряженностью магнитного поля, во впадинах между выступами создаются зоны с пониженной напряженностью поля. На основе моделирования магнитных полей в приповерхностном слое шероховатой магнитопроводящей поверхности в статье показано, что около поверхности магнитное поле преобразуется в резко неоднородное.

Ключевые слова

МАГНИТНАЯ ЖИДКОСТЬ, ИЗНОС, НАДЕЖНОСТЬ

Текст научной работы

При механической обработке деталей магнитожидкостных уплотнений на их поверхностях образуется шероховатая поверхность. В электромеханических устройствах при переходе магнитного потока из воздуха в магнитопроводящую деталь в приповерхностном слое шероховатой поверхности детали происходит перераспределение магнитного поля.

Выступы шероховатой магнитопроводящей поверхности концентрируют магнитный поток, образуя зоны с повышенной напряженностью магнитного поля, во впадинах между выступами создаются зоны с пониженной напряженностью поля. Поле из однородного преобразуется в неоднородное. При удалении от поверхности, неоднородность магнитного поля, обусловленная шероховатостью поверхности, постепенно ослабевает и исчезает. В устройствах, где используются мелкодисперсные магнитные среды (магнитные порошки, магнитные жидкости, тонкие пленки) [1], перераспределение напряженности магнитного поля около шероховатой магнитопроводящей поверхности может существенно изменять параметры устройств или происходящих технологических процессов. Поэтому необходимо знать характер перераспределения магнитного поля около магнитопроводящей поверхности.

Из существующего многообразия форм выступов рассмотрим распределение магнитного поля около шероховатой магнитопроводящей поверхности, неровности которой имеют вид чередующихся борозд, образующихся при токарной обработке деталей, с профилем сечения выступов в виде равносторонних треугольников.

Расчет магнитного поля необходимо проводить методом конечных элементов. Расчетная зона должна включать в себя половину равностороннего выступа на поверхности высотой h и воздушный участок над поверхностью. Высоту воздушного участка над поверхностью принимаем равной 10h, а в дальнейшем, после уточнения глубины распространения неоднородного магнитного поля, сократим до 3h. На вертикальных границах расчетной области, совпадающих с плоскостями симметрии, векторный магнитный потенциал задается постоянным. На левой границе потенциал равен нулю, на правой границе величина потенциала рассчитывается через среднюю индукцию над поверхностью и ширину выступа. На верхней и нижней горизонтальных границах касательное поле принимается равным нулю (Нσ=0). Расчетную сетку наносим дифференцированно, с наименьшими элементами в области вершины выступа и более крупными у горизонтальных границ расчетной области. Количество элементов расчетной сетки составляло около 500 000.

Напряженность магнитного поля в любой точке рассматриваемого пространства удобно выражать через коэффициент неоднородности:

k=\frac{H}{H_b}, (1)

где H — напряженность поля в рассматриваемой точке, Hb — базисная напряженность (средняя напряженность поля над шероховатой поверхностью).

Коэффициент неоднородности показывает, во сколько раз напряженность поля в рассматриваемой точке отличается от средней напряженности поля над магнитопроводящей поверхностью.

Около шероховатой магнитопроводящей поверхности образуется слой магнитной жидкости с более сильным внутренним взаимодействием частиц, вследствие чего слой более прочный, чем слои в равномерном поле и, следовательно, менее подвижный. При движении шероховатой поверхности цепочки будут разрушаться в первую очередь в области однородного магнитного поля, где силы взаимодействия между частицами наименьшие. Около шероховатой поверхности будет существовать трудноразрушаемый слой мелкодисперсной рабочей среды. Если рассматривается шероховатая поверхность вала, то появление неподвижного слоя мелкодисперсной рабочей среды, увеличивает эффективный диаметр вала, следовательно, момент трения вала. Если толщина слоя соизмерима с рабочим зазором устройства, то его появление, сокращает величину рабочего зазора, способствует заметному увеличению градиента сдвига и напряжению сдвига дисперсной среды в зазоре, соответственно, повышению потерь в устройстве.

При отсутствии магнитного насыщения материала выступов шероховатой поверхности картина распределения магнитного поля над выступами одинаковой формы, но разной высоты, будет одинаковой, исходя из условий подобия магнитных полей. Это значит, что высота слоя неоднородного магнитного поля около поверхности определяется высотой выступов, или классом шероховатости поверхности. Чем выше класс шероховатости поверхности, тем меньше толщина слоя неоднородного магнитного поля и прочного слоя дисперсной среды, чем ниже класс шероховатости поверхности, тем выше толщина слоя неоднородного магнитного поля и прочного слоя рабочей среды. Следовательно, задавая шероховатость магнитопроводящей поверхности можно регулировать толщину неподвижного приповерхностного слоя мелкодисперсной рабочей среды и момент электромеханического устройства. Так, если в магнитожидкостной или магнитной порошковой муфте поверхности деталей, контактирующие с мелкодисперстой магнитной рабочей средой, выполнить с низким классом шероховатости, можно увеличить максимально передаваемый момент муфты. В магнитожидкостном уплотнении, особенно высокоскоростном, класс шероховатости рабочих поверхностей необходимо увеличивать, для снижения внутренних потерь и исключения перегрева магнитных жидкостей.

Таким образом, на основе моделирования магнитных полей в приповерхностном слое шероховатой магнитопроводящей поверхности показано, что около поверхности магнитное поле преобразуется в резко неоднородное. Толщина слоя неоднородного магнитного поля определяется величиной шероховатости поверхности. Приповерхностный слой неоднородного магнитного поля влияет на характеристики электромеханических устройств с мелкодисперсными магнитными рабочими средами, что нужно учитывать при их проектировании.

Читайте также

Список литературы

  1. Полетаев В.А., Перминов С.М., Пахолкова Т.А. Роль площадки на острие зубца в формировании магнитного поля и удерживающей способности рабочего зазора магнитожидкостного уплотнения. // Вестник ИГЭУ. – 2011. Вып.5. – С. 32-34.
  2. Перминов С.М., Казаков Ю.Б., Полетаев В.А. Магнитные жидкости – магнитоуправляемый нанодисперсный материал для создания новых триботехнических устройств и технологий. //Физика, химия и механика трибосистем: Межвуз. cб. науч. тр. - Иваново: Иван. гос. ун-т, 2011. – Вып. 10. – С. 136-142.
  3. Киселев В.В. Роль смазочных материалов в процессе трения и изнашивания // NovaInfo.Ru (Электронный журнал.) – 2016 г. – № 54; URL: http://novainfo.ru/article/8437.
  4. Киселев В.В. Влияние механо-химических процессов при трении на образование поверхностных пленок // NovaInfo.Ru (Электронный журнал.) – 2016 г. – № 53; URL: http://novainfo.ru/article/8206.
  5. Киселев В.В. Механизм уменьшения износа при реализации эффекта безызносного трения // NovaInfo.Ru (Электронный журнал.) – 2016 г. – № 55; URL: http://novainfo.ru/article/8810.
  6. Киселев В.В. К проблеме улучшения триботехнических свойств смазочных материалов. / Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. – 2006. – Т. 49. – № 12. – С. 115-116.
  7. Киселев В.В. Меры по снижению износа деталей пожарной техники. / NovaInfo.Ru. – 2016. – Т. 1. – № 51. – С. 37-40.
  8. Топоров А.В., Топорова Е.А. Использование магнитоэластоменрного материала для удержания магнитожидкостной смазки в области трения. / NovaInfo.Ru. – 2016. – Т. 2. – № 52. – С. 20-25.
  9. Топоров А.В. Анализ конструкций бесконтактных уплотнений. / NovaInfo.Ru. – 2016. – Т. 2. – № 54. – С. 53-55.
  10. Топоров А.В. Анализ конструкций контактных уплотнений. / NovaInfo.Ru. – 2016. – Т. 2. – № 54. – С. 55-57.

Цитировать

Полетаев, В.А. Расчет и моделирование магнитных полей у шероховатых поверхностей МЖУ / В.А. Полетаев. — Текст : электронный // NovaInfo, 2016. — № 55. — С. 23-26. — URL: https://novainfo.ru/article/8918 (дата обращения: 07.10.2022).

Поделиться