تحليل و طراحي جامع ياتاقان هاي مغناطيسي پسيو

دكتري

ياتاقان وسيله¬اي است كه براي تعليق يك روتور در حال چرخش به كار مي¬رود. پيشرفت فناوري و نياز به سرعت-هاي بالا و يا نياز به كار در محيط¬هاي پاك، استفاده از ياتاقان¬هاي مكانيكي را با مشكل مواجه كرد و به تدريج ياتاقان¬هاي مغناطيسي با عملكرد عالي در سرعت¬هاي بالا و بدون نياز به هيچ روغنكاري به وجود آمدند. ياتاقان¬هاي مغناطيسي اكتيو (AMB) پركاربردترين نوع از اين ياتاقان¬ها هستند. اين ياتاقان¬ها به دليل استفاده از سنسور، كنترل¬كننده، تقويت كننده و ديگر تجهيزات، علارغم عملكرد خوب داراي قابليت اطمينان كمتر و پيچيدگي زيادي هستند. ياتاقان¬هاي مغناطيسي پسيو (PMB) داراي ساختاري ساده¬تر، مقاوم¬تر و پربازده¬تر نسبت به نوع اكتيو هستند. ياتاقان¬هاي پسيو با رينگ¬هاي آهن¬رباي دائم، بهترين و كاربردي¬ترين نوع PMB هستند. مهمترين عيب اين ياتاقان¬ها اين است كه آنها تنها در يك جهت سختي مثبت و پايداري ايجاد مي¬كنند و باعث ناپايداري در جهت ديگر مي¬شوند. با اين وجود، ساختار ساده آنها سبب شده كه در بسياري از كاربردها براي پايداري يك جهت به كار روند در حالي كه جهت¬هاي ديگر توسط انواع ديگر ياتاقان جبران مي¬شود. سختي اين ياتاقان¬¬ها نيز با دو رينگ تنها بسيار كم بوده و روش¬هاي مختلفي مانند استفاده از ساختار هالباخ، استاندارد و يا استفاده از مواد فرومغناطيس بايستي براي افزايش سختي به كار برده شود. همچنين، اين ياتاقان¬ها فاقد هرگونه نيروي ميرا كننده¬اي هستند و در تعليق آنها نوسانات ميرا نخواهد شد. بنابراين استفاده از اين نوع ياتاقان¬ها بسيار محدود شده و در صورت استفاده، با يك ميراكننده پسيو يا اكتيو ديگر همراه مي¬شوند. در صورتي كه بتوان عيوب اصلي ياتاقان¬هاي پسيو را برطرف كرد، به دليل سادگي، كم حجم بودن و كم بودن تلفات مي¬توانند جايگزين نوع اكتيو شوند. بدين منظور، ابتدا ساختارها مختلف PMB كه توانايي توليد نيروي سختي و ميرايي زيادي داشته باشند، مورد بررسي قرار خواهند گرفت. اين ساختارها عبارتند از ساختار ساده، استاندارد محوري (با فواصل آهني)، استاندارد شعاعي (با آهن و يا مس پشتي)، هالباخ كامل (با لايه¬ي مسي مياني) و ساختار هالباخ كاهش يافته. سختي و ميرايي در اين ياتاقان¬ها با روش تحليلي محاسبه خواهد شد و سپس توسط شبيه¬سازي FEM صحت نتايج بررسي مي¬شود. همچنين ابعاد اين ياتاقان¬ها براي بيشترين نيرو بهينه خواهند شد و نحوه طراحي هر كدام از آنها بيان خواهد شد. در نهايت نيز مقايسه¬اي بين تمام ساختارهاي پيشنهاد شده انجام خواهد شد و بهينه¬ترين آنها براي كاربردهاي متفاوت معرفي خواهد شد. نتايج اين پژوهش نشان مي¬دهد كه ياتاقان¬هاي مغناطيسي پسيوي با مقادير بزرگ سختي و ميرايي با كمترين استفاده از آهن¬ربا مي¬تواند بدست آيد و اين ياتاقان¬ها مي¬توانند جايگزين نوع پيچيده اكتيو براي پايدارسازي در يك جهت شوند.

193611

دانشگاه علم و صنعت ايران

قدرت

دكتر حسين حيدري