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.

由于驱动电机的功率和力矩的限制,一些动密封场合对启动力矩有着明确的要求,相较于传统的密封导致启动力矩较大,磁性液体密封在启动力矩方面有更大的优势。但是在不同的环境中,磁性液体密封的启动力矩波动较大,无法达到某些极端密封场合对耐压和力矩的双重要求,从而限制了磁性液体密封在该类密封场合的应用。以温度为切入点,就磁性液体密封的耐压能力和启动力矩进行理论和实验研究,得到温度与磁性液体密封耐压能力和启动力矩的关系。结果表明:磁性液体密封的间隙越小,耐压能力越大;温度越低,最大耐压值越大,-40℃时最大耐压值为80℃时的5倍;启动力矩随压力的增加而逐渐减小;温度越低,启动力矩越大,-40℃时的启动力矩接近20℃时的5倍,并且在低温磁液用量对密封启动力矩的有明显影响。

极靴一体化磁性液体密封具有良好的应用前景,为研究极靴一体化磁性液体密封耐压性能的影响因素,对一体化极靴结构参数进行了分析.首先,推导了磁性液体密封结构的耐压公式;其次,使用有限元仿真分析磁性液体密封结构的耐压性能,首次分析了有无薄壁、薄壁厚度、极齿与薄壁的轴向距离以及多级极靴尺寸分布比例对于磁性液体密封结构耐压的影响;最后,加工了极靴一体化磁性液体密封装置,搭建实验台进行实验研究.结果表明:一体化极靴比传统极靴磁性液体密封耐压略小,但相差不大;薄壁厚度以及极齿与薄壁轴向距离均与密封结构耐压值成反比;对于多级极靴结构,磁铁之间的极靴长度大于两侧极靴长度,更利于磁性液体密封的耐压.