根据可靠性的定义,提出了磁性液体密封结构可靠性的概念。结合实际使用中较为典型的磁性液体密封结构,将磁性液体密封结构分解为相互独立的4个功能系统,建立了各个功能系统的失效模型,并提出了求取每个系统可靠度的方法。

磁性液体工作温度高于汽化温度时不仅会导致磁性液体的表面活性物质受损,还会引起磁性液体汽化。为探讨磁性液体密封中磁液的温度特性,基于数值计算和试验验证相结合的方法,研究磁性液体旋转密封的转速、轴径和温度的关系,并分析磁性液体工作温度高于汽化温度时的相变过程。结果表明:磁性液体旋转密封的温度最大值出现在与轴表面相接触的位置,最小值出现在与极齿底部相接触的位置;随转速和轴径的增大,磁液温度最大值均升高,当两工况轴径与转速乘积相等时,磁性液体的温升值相同;当磁性液体温度高于其汽化温度时,与外界相通靠近轴表面附近的磁性液体最先发生相变,相变面积呈现抛物线形状向内扩散,且相同工作温度下,磁性液体的相变体积分数随轴径增大而降低。

极齿在转轴上和极齿在极靴上是两种常见的磁性液体密封结构,为了探讨极齿位置对其密封性能的影响,以及密封失效时首先发生泄漏的位置,提出了一种新型磁性液体密封结构—对齿型结构。由于三种磁性液体密封结构的极齿位置均不同,首先使用MAXWELL软件分别对三种密封结构进行了电磁场仿真分析;然后,比较了此三种密封结构的耐压能力,并找到了密封失效时首先发生泄漏的位置;最后,发现了边缘效应现象(极齿边缘的磁感应强度值大于极齿中部的磁感应强度值),并对该现象发生的原因和发生的位置进行了探究。研究结果表明:极齿位于转轴上时密封结构耐压能力最小,其密封失效时靠近极靴侧会先发生泄漏;极齿位于极靴上和对齿型两种结构的耐压能力分别比极齿位于转轴上高16.5%和56.0%,且密封失效时两种结构分别在近轴侧和密封间隙中部先发生泄漏;对齿...

磁性液体密封是磁性液体最成熟的应用之一,环型永久磁铁是磁性液体密封最常用的磁源结构,但在大直径磁性液体密封中环型永久磁铁会因直径过大而导致充磁不均匀和耐压值降低的问题,需要更改磁源结构.针对大直径环形磁铁充磁不匀的问题,对多种磁源结构进行研究,以一个在工程中成功应用的磁性液体密封为算例,使用Maxwell软件对不同磁源结构进行了有限元仿真和定量分析.结果表明:由圆柱磁铁或瓦型磁铁拼接磁源结构可以替代传统环形磁体作为磁性液体密封的磁源,使之具有一定的密封能力.

真空镀膜机的传动控制轴处密封通常采用的是接触式机械密封,易磨损、寿命短、制作工艺繁琐、造价高.本文设计了小轴径真空镀膜机用的磁性液体密封结构,对磁性液体密封结构的磁场进行了有限元分析,得到了密封结构的磁场分布,以及密封结构的极齿处磁场强度值.由磁性液体运动方程推导了伯努利方程,确定了磁性液体密封边界条件,推导了磁性液体密封结构的耐压公式,计算了极齿与转轴不同间隙的真空镀膜机磁性液体密封结构的耐压值,加工了间隙为0.1 mm的磁性液体密封装置,应用在真空镀膜机的转动轴动密封处,满足真空度要求.

水轮机轴部应用磁性液体密封时,存在密封转速低、不稳定等现象,密封液体流场特性对密封失效有重大影响.基于数值计算的方法,对比了磁性液体动、静密封时密封液体的流场特性,并进行了实验验证.结果表明,密封压力对密封液体流场影响较小,轴转速对密封液体流场影响较大.该结论可为设计水轮机主轴的磁性液体密封装置提供理论指导.

为了测试磁性液体阻尼器的有效性和各种参数对阻尼器减振效果的影响，设计一种阻尼器模型，并根据阻尼器的工作原理设计一套满足频率低、位移小、加速度小等条件的实验台，根据实验要求，在实验台上对磁性液体阻尼器进行实验。结果表明：实验台可实现频率范围为0．74～5．75Hz的振动；与没有安装阻尼器相比，弹性悬臂梁在安装阻尼器后振幅完全衰减的振动时间缩短约65％；安装阻尼器后的悬臂梁对数衰减率随频率大小的变化规律是先增大后减小，然后再增大；安装阻尼器后的悬臂梁对数衰减率随着振幅的增大而增大；磁性液体阻尼器对于不同长度悬臂梁的振动都起到了很好的减振作用，当悬臂梁的长度为0．7m时，磁性液体阻尼器的减振效果最好；磁性液体阻尼器对于不同初始振幅的悬臂梁振动都具有良好的减振效果。

提出了一种基于二阶浮力原理的磁性液体阻尼减振器设计方法。通过选择磁性液体种类、永久磁铁材料和形状以及减振器壳体材料和外形，设计制造了磁性液体阻尼减振器，并进行了减振试验。试验重点研究了减振器端盖锥角及减振器内永久磁铁与壳体的间隙对减振器减振性能的影响。通过试验分析得知端盖锥角以及永久磁铁与壳体间隙都存在最佳值使得减振器减振性能最优。

针对要求结构紧凑和能量耗散较小的场合,提出一种新的磁性液体阻尼减振器。该减振器利用磁性液体的独特性质,依靠液体的粘性阻尼耗散能量,是一种新型吸振装置。利用基于弹性悬臂梁的减振实验,研究多种实验参数对该减振器加于悬臂梁后减振效果的影响。实验结果表明,磁性液体阻尼减振器在实验中所有频率上对悬臂梁的振动都具有减振作用,而且同一减振器在小于1 Hz的振动频率范围内减振效果最好;实验中同种结构参数的减振器当使用饱和磁化强度为27.01kA/m的磁性液体时达到了最好的减振效果;该减振器对弹性悬臂梁的减振作用分别随着其中永磁体半径和永磁体孔半径的增大而增大,而且永磁体与外壳间有一最佳间隙,使其在其它参数相同时对悬臂梁的减振作用达到最大。

提出了一种结构简单的磁性液体阻尼减振器。根据牛顿第二定律和液体的连续性方程,建立了减振器中磁性液体流动的动力学模型,结合弹性悬臂梁的振动能量,得到减振器施加于悬臂梁后梁对数衰减率的表达式。设计实验验证减振器中不同永磁体半径,外壳与永磁体间的不同间隙以及不同饱和磁化强度的磁性液体对梁振动对数衰减率的影响,表明在所假设的条件下,理论与实验结果的一致性较好。同时还发现,在一定的范围内,磁性液体阻尼减振器的阻尼效果随着永磁体半径的增大而增大;减振器外壳与永磁体间有一最佳间隙,可使得梁振动达到最大的对数衰减率。