摘要
高速电机作为企业生产和发展必不可少的基本设备之一，具有体积小、效率高等特点，提升了加工的运行效率，促进了工业生产。然而，高速电机由于其运转速度之快，使用的轴承及润滑油需要特殊订制，价格非常昂贵，这种特殊的轴承粉尘对其危害很大，粉尘进入会造成轴承的磨损，减少了高速电机的使用寿命,所以对高速电机轴承的密封至关重要。目前高速电机采用的密封方式有骨架油封、机械密封和迷宫密封，这些传统的密封方式都不能达到零泄漏的要求。为了解决高速电机密封难题，本论文首次提出将磁性液体密封应用于高速电机工况下，进行了密封结构设计和实验研究，使其能达到零泄漏。 为了实现这一目标，研究了以下内容: （1）根据高速电机装置的密封工况要求及结构要求，对磁性液体密封结构方案进行了设计，主要包括极靴、永磁体、导磁套、外壳的结构设计，采用有限元分析对极靴的齿形、间隙和齿宽进行了仿真，得到了不同参数下的磁性液体密封结构耐压能力，并对其进行了对比，最终选取矩形齿，极齿齿宽为0.2mm,齿间距为0.8mm,齿高为0.7mm,极靴材料为导磁性良好的2Cr13,选用钕铁硼磁铁作为磁源，选用酯基磁性液体。 （2）推导出磁性液体的质量守恒方程和运动方程，分析了静止状态和高转速状态磁性液体的伯努利方程，推导出磁性液体静密封和动密封耐压公式。对轴高速旋转时磁性液体受到的影响进行了分析，推导出轴高速旋转时磁性液体的密封能力。 （3）对密封装置进行了磁场有限元分析。对分析结果进行后处理得到密封装置的磁力线分布情况和密封间隙内的磁感应强度大小，验证了轴承压盖和后端盖处的磁性液体密封结构的合理性，并计算出轴承压盖处磁性液体密封结构的理论耐压值为120kPa,后端盖处磁性液体密封结构的理论耐压值为119kPa。为了探索密封间隙内磁性液体的分布情况，采用VOF模型，在FLUENT中进行求解，得到了转速对密封界面的影响。 （4）将所设计的轴承压盖磁性液体密封结构和后端盖磁性液体密封结构加工出实物，装配到高速电机上，进行静密封和动密封耐压实验。通过改变磁性液体的种类及磁性液体注入量和转速，对密封结构进行耐压能力测试，分析实验数据,得出选用酯基磁性液体时密封装置耐压能力更好，静密封最大耐压值为81kPa,转速增加时，受到离心力和温度的影响，密封装置的耐压能力呈下降趋势。针对实验中出现的问题，对密封结构进行了改进，提高了密封结构的耐压能力。 本论文所设计的磁性液体密封装置可以很好的地运用在高速电机上，实际运用效果符合要求，解决了高速电机装置的轴封问题，大大地提高了高速电机使用寿命。
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