軸承退磁機磁場衰減比與退磁效果關(guān)系的實驗和分析

1、軸承退磁機磁場衰減比與退磁效果關(guān)系的試驗與分析摘 要先進的退磁理論和退磁技術(shù)是軸承行業(yè)適應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展趨勢的必然要求。對軸承退磁時，退磁磁場衰減比對退磁效果的影響很大。本課題從退磁理論和生產(chǎn)實際兩個方面分析和說明了磁場衰減比與退磁效果的關(guān)系。本論文主要從以下四個方面說明課題的研究方向和內(nèi)容：從軸承零件的特點、剩磁來源和鐵磁質(zhì)的物理特性出發(fā)，簡要分析各種軸承退磁方法的原理及其優(yōu)缺點。通過分析動態(tài)磁滯回線說明軸承零件交流退磁時的磁場衰減規(guī)律與退磁效果的關(guān)系。比較常用退磁電路和退磁方法，設(shè)計實驗尋求退磁效果最好的磁場衰減比。分析實驗過程和實驗數(shù)據(jù)，找出實驗中可能干擾實驗結(jié)果的因素，在此基礎(chǔ)上總結(jié)出磁

2、場衰減比與退磁效果的關(guān)系并提出這種關(guān)系產(chǎn)生的原因。實驗得出的主要結(jié)論有：直流換向退磁與工頻交流退磁相比，具有電能損耗低、退磁效果好的優(yōu)勢。但其退磁過程不易保持一致，且磁場衰減比越小，退磁磁場衰減次數(shù)越多，退磁穩(wěn)定性越差。因此在直流換向退磁中，遵循退磁規(guī)律選擇退磁磁場參數(shù)選擇尤為重要。當(dāng)退磁磁場衰減比設(shè)置在1.351.5之間時退磁效果最好。關(guān) 鍵 詞：磁場衰減比，實驗研究，退磁方法，退磁電路，軸承 AN EXPERIMENT AND ITS ANALYSIS ABOUT RALATIONSHIP OF ATTENUATION COEFFICIENT AND DEMAGNETIZATION EFF

3、ECT IN BEARING DEMAGNETIZATION MACHINEABSTRACTIt is necessary to develop advanced demagnetization theory and technology, only in this way can bearing industry adapt to national economic development requirement. The attenuation coefficient influences greatly on demagnetization effectiveness. So this

4、topic analyzed the relationship of attenuation coefficient and demagnetization effectiveness from not only demagnetization theory but also technology.This paper shows the direction and the content of the research from the following four aspects: On the basis of knowledge about the characteristics of

5、 bearing parts, remanence sources and the physical characteristics of ferromagnetic materials, this paper briefly describes the principle of various bearing degaussing methods along with their advantages and disadvantages. By analyzing the dynamic magnetic hysteresis, this paper also explains how th

6、e AC demagnetization law demagnetization effectiveness. Contrasting the feasibility of the commonly used demagnetization circuits and methods to design relatively experiment, which on the purpose of seeking the best attenuation coefficient. Searching the factors which may disturb the experimental re

7、sults in the experiment in the way of analyzing experiment process and the empirical datum. Further more, taking the analysis as a foundation, the paper will summarize the relationship of attenuation coefficient and demagnetization effectiveness as well as relatively reasons.The main conclusions are

8、 as follows: DC reversing demagnetization has an advantage of lower power consumption demagnetization and better degaussing results when compared with limn demagnetization. But it is not easy to keep demagnetization process remain consistent, and the more frequently demagnetization field altered the

9、 worse demagnetization stability is. Therefore the demagnetization rules and parameters for the degaussing is particularly important. By analysis the variety of experimental data, this paper conclude that the demagnetization machine works best when attenuation coefficient is setting between 1.35 1.5

10、.KEY WORDS：attenuation coefficient, experimental study, degaussing method, demagnetization circuit, bearing 目錄前 言1第1章 緒論2§1.1 軸承殘磁概述2§1.2 軸承退磁技術(shù)的現(xiàn)狀3§1.3 課題內(nèi)容和研究方法3第2章 軸承退磁原理5§2.1 鐵磁材料的性質(zhì)5磁介質(zhì)和物質(zhì)磁性5鐵磁材料的磁化規(guī)律和分類6§2.1 軸承零件退磁原理7第3章 軸承交流退磁方法和退磁裝備11§3.1 軸承的交流退磁方法11§3.1.1

11、交流退磁法11§3.1.2 退磁磁場特性及其參數(shù)的選擇12§3.2 軸承退磁裝備13§3.2.1 連續(xù)退磁機的組成13§3.2.2 常用退磁電路13第4章 軸承退磁模擬實驗18§4.1 實驗相關(guān)參數(shù)說明18§4.2 實驗方法和思路19§4.3 實驗分析與結(jié)論22結(jié) 論25參考文獻26致謝28前 言軸承退磁的目的是將軸承剩磁降低到規(guī)定的殘磁技術(shù)要求范圍內(nèi)。退磁過程實質(zhì)上就是軸承材料磁中性化的過程，即磁場強度和磁感應(yīng)強度同時趨于零的過程。交流退磁的一般方法是先用一個強度較大的磁場統(tǒng)一軸承材料剩磁的方向，再用按等比規(guī)律衰減的磁場使

12、軸承材料動態(tài)磁滯回線逐漸逼近于原點。要獲得理想的退磁效果就必須選用最有利于磁中性化的退磁磁場參數(shù)。這些參數(shù)主要有退磁時間，磁場強度初始值，磁場強度終值，磁場衰減比。其中磁場衰減比直接影響退磁時間。并且如果退磁時磁場衰減比選擇不當(dāng)，即使磁場強度初始值足以統(tǒng)一剩磁方向，磁場強度終值足夠小，也無法將殘磁降低到技術(shù)要求范圍內(nèi)。為探求各磁場衰減比對退磁效果的影響，找出退磁效果最好的磁場衰減比，本課題選用直流換向退磁裝置設(shè)計了相關(guān)實驗。實驗時，將一組6205軸承內(nèi)圈在不同磁場衰減比下進行退磁。通過測量各衰減比下軸承的殘磁，比較退磁效果，得出最佳衰減比。在此基礎(chǔ)上總結(jié)出了磁場衰減比與退磁效果的關(guān)系并提出這種

13、關(guān)系產(chǎn)生的原因。這對生產(chǎn)實際中關(guān)于進一步減小殘磁的研究具有一定的理論和實踐意義。本課題所用實驗裝置可用于教學(xué)模擬實驗。第1章 緒論§1.1 軸承殘磁概述1. 軸承剩磁的來源及影響電磁夾具是軸承零件加工中常用的工藝裝備。大型和小型軸承套圈端面磨削是將軸承套圈吸附在磁盤上加工的，磨削完畢后套圈的殘余磁性很大。在磨削外圈外徑、內(nèi)圈內(nèi)徑以及內(nèi)、外溝道時，常常也采用電磁無心卡具夾緊的方式來滿足加工工藝的要求。由于軸承套圈加工中，要有很大的吸附磁力，才能保證套圈在砂輪上切削時不會產(chǎn)生甩脫，因此軸承磨削加工后會殘留較大的剩磁。軸承套圈上剩磁的大量存在，會使儀器檢測時的檢測值產(chǎn)生偏差。此外套圈上的剩

14、磁會吸附著許多鐵屑，對下一道加工工序的加工精度有直接影響。另外，軸承滾動體也受原料和加工工藝的影響，存在大量剩磁，且在生產(chǎn)過程中的每道工序剩磁都發(fā)生著變化，不同程度地影響著產(chǎn)品的加工質(zhì)量1。如果軸承裝配后仍存有較大的殘余磁性，清洗、潤滑質(zhì)量就很難得到保障，而且微小的金屬磨粒被吸附在軸承工作表面，加速軸承的磨損，影響軸承的使用壽命和工作可靠性。同時，殘余磁性會使軸承各零件相互吸引，影響其旋轉(zhuǎn)精度。所以退去軸承剩磁的工作十分重要。2. 軸承殘磁的定義一般電磁夾具都是利用電磁鐵對工件的吸引力來夾緊工件的。在加工完成后，雖然電磁鐵斷電，磁場會消失，但由于一般軸承材料都是硬磁材料，在磁場消失后，材料中的

15、鐵磁體仍保留剩磁。剩磁對軸承的工作不利，但它又是使用磁性夾具的必然產(chǎn)物。為了使軸承不因磁化影響其工作性能，在軸承零件加工后都要進行退磁處理，有時還要進行多次退磁。但退磁一般只能把剩磁強度減小，很難把它完全消除。軸承殘磁就是指軸承在生產(chǎn)過程中被磁化的零件，經(jīng)過退磁后仍未消除的最大殘余磁感應(yīng)強度2。§1.2 軸承退磁技術(shù)的現(xiàn)狀現(xiàn)代機械制造業(yè)對軸承工作性能的要求越來越高，而軸承殘磁對軸承的旋轉(zhuǎn)精度、使用壽命等工作性能有一定的影響。因此，先進的退磁技術(shù)一直為軸承行業(yè)所探求。在國外，軸承制造技術(shù)正向?qū)I(yè)化、自動化的方向發(fā)展。由于現(xiàn)代化生產(chǎn)線的自動化程度相當(dāng)高，它完全能夠保證軸承零件或成品在加工

16、完畢后，退磁和清洗同步進行，而且效果良好。同時，這些先進設(shè)備采用隨機的光電測量、數(shù)子顯示等先進的檢測手段，完全保證了工件的精度及退磁清洗效果；但這些設(shè)備存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴等不足4。在國內(nèi)，一些軸承企業(yè)也引進或開發(fā)了先進的退磁設(shè)備，退磁理論和退磁手段也在不斷發(fā)展。然而，到目前為止，國內(nèi)外軸承廠對軸承的退磁仍采用熱退磁和交流退磁兩種方式。熱退磁是將軸承零件加熱到居里點以上，然后在無外場的條件下緩慢冷卻到室溫，從而消除軸承零件剩磁的方法。這種方法能獲得完全退磁的效果，但操作過程比較復(fù)雜，且可能導(dǎo)致零件的結(jié)構(gòu)變化。 交流退磁是在軸承零件上加一低頻交變磁場，并使其幅值由某一最大值均勻減少到零的方法。

17、其退磁效果與磁場的幅值、頻率、幅值減小的速度和方式(按磁感均勻減小還是磁場均勻減小)有著密切關(guān)系。一般而言，退磁強度的最大幅值要達到飽和磁化的磁場值，而頻率越低越好，幅值降低的速度越慢越好。這種方法是生產(chǎn)實際中最常用的退磁方法，但其退磁過程不易保持一致，測得的磁化曲線起始部分有較大差別，且任何一種交流退磁都無法使軸承達到殘磁為零的理想狀態(tài)5。§1.3 課題內(nèi)容和研究方法軸承退磁過程實際就是軸承材料磁中性化的過程，即使軸承材料獲得磁場強度和磁感應(yīng)強度同時為零狀態(tài)的過程3。交流退磁的一般方法是先用一個強度較大的磁場統(tǒng)一軸承材料剩磁的方向，再用按等比規(guī)律衰減的磁場使軸承材料動態(tài)磁滯回線逐漸

18、逼近于原點。衰減磁場幅值的等比系數(shù)就是磁場衰減比。本課題的主要內(nèi)容是通過模擬實驗找出退磁效果最好的退磁磁場衰減比。目前，國內(nèi)外對軸承退磁磁場衰減比與退磁效果關(guān)系的研究方法大體分為兩種：第一種是通過測定一般軸承材料的磁滯回線和退磁曲線，獲取合理的磁場衰減比。第二種是通過檢測退磁后軸承零件（或軸承成品）的殘磁值來研究軸承退磁磁場衰減比對退磁效果的影響。第一種方法是在交變衰減磁場中，研究衰減次數(shù)與磁滯回線上的剩磁值的關(guān)系。從而得出合理的退磁磁場強度幅值初始值、殘磁技術(shù)要求范圍內(nèi)的磁場強度幅值末項值以及衰減次數(shù)，進而可求出合理的磁場衰減比。但是，對磁滯回線和退磁曲線的測定比較復(fù)雜6,7。而且，交變磁場

19、中，帶有不同剩磁的軸承材料磁化曲線起始點和磁滯回線的中心對稱性不同。研究證明，剩磁越大，磁滯回線對稱性愈差。剩磁很大時，磁化曲線差不多與回線重合。而實際生產(chǎn)中，軸承尺寸、結(jié)構(gòu)、加工過程都使得軸承的剩磁不一致。這就使得退磁過程不易保持一致，實驗重復(fù)性不理想，實驗結(jié)果可靠性較差。第二種方法是將同批軸承零件（或軸承成品）分組放在不同的交變衰減磁場中退磁，對比退磁效果，找出最佳磁場衰減比。這種方法操作簡單，實驗結(jié)果可靠，適用于生產(chǎn)實際，但實驗工作量大。本課題的模擬實驗要求退磁裝置簡單、實驗結(jié)果可靠。對比和分析兩種方法所用退磁裝置，第二種實驗研究方法比較符合實驗要求。第2章 軸承退磁原理認(rèn)識和掌握軸承的

20、退磁原理是做好本次實驗的基礎(chǔ)，本章根據(jù)軸承材料的特性對軸承的退磁原理做簡要說明。§2.1 鐵磁材料的性質(zhì)本節(jié)簡要說明各類磁介質(zhì)的主要物理性質(zhì)，重點分析鐵磁材料磁化時的滯回特性，以探求一般軸承材料（大多為硬磁材料）的退磁方法。§磁介質(zhì)和物質(zhì)磁性在磁場作用下發(fā)生變化，并能反過來影響磁場的物質(zhì)，稱為磁介質(zhì)8。磁介質(zhì)在磁場作用下發(fā)生的這種變化，稱為磁化。由分子和原子構(gòu)成的一切實物都是磁介質(zhì)。物質(zhì)分子的電子運動可以說明物質(zhì)的磁性。分子中任何一個電子都同時參與兩種運動，即環(huán)繞原子核的軌道運動和電子本身的自旋，這兩種運動都產(chǎn)生磁效應(yīng)。把分子看成一個整體，分子中各個電子對外界產(chǎn)生的磁效應(yīng)的

21、總和，可以用一個等效的圓電流表示，稱為分子電流，對應(yīng)的磁矩稱為分子磁矩。由于各種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不同，所以各種磁介質(zhì)在外磁場中的磁化狀態(tài)也不同，一般把磁介質(zhì)分為抗磁質(zhì)、順磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)三種?？勾刨|(zhì)的特點是，當(dāng)它未被引入外磁場以前，每個分子內(nèi)各種磁矩的總和為零，即分子矩為零，因此整個分子對外不顯示磁性。但當(dāng)把抗磁質(zhì)引入外磁場后，電子的軌道運動略微有所改變。無論原先電子軌道的取向如何，在外磁場的洛倫茲力作用下使軌道運動發(fā)生變化而產(chǎn)生的附加磁矩，總是與外磁場方向相反，所以是削弱外磁場的，這就是把這種磁介質(zhì)叫做抗磁質(zhì)的原因。外磁場消失后，順磁質(zhì)回到未被磁化的狀態(tài)。順磁質(zhì)的特點是每個分子都有一定的分子磁矩。但由

22、于分子的熱運動，在任一宏觀體積內(nèi)各個分子磁矩的矢量和為零。如果把這種物質(zhì)引入外磁場中，因每個分子已有一定的分子磁矩，因此要受到磁力矩作用。磁力矩總是力圖使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場方向，使總磁場增強。但受熱運動的影響，分子磁矩也不是嚴(yán)格地平行于外磁場，而且溫度越高，平行度越差。外磁場消失后，順磁質(zhì)也回到未被磁化的狀態(tài)。與以上兩種磁介質(zhì)不同，鐵磁質(zhì)的磁化過程會產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象。即外磁場消失后，鐵磁體中還保留中一部分磁性，稱為剩磁。任何一種鐵磁質(zhì)都有一個特定的溫度，當(dāng)高于這一溫度時，鐵磁質(zhì)便成為普通的順磁質(zhì)，這個溫度稱為居里溫度。鐵磁質(zhì)中，由于一種由量子效應(yīng)產(chǎn)生的交換相互作用，相鄰原子的自旋磁矩自發(fā)地規(guī)則取向

23、，抑制了分子熱運動的破壞作用，形成了許多很小的自發(fā)飽和磁化區(qū)域，稱為磁疇。磁疇的大小約為10-1210-8 m3，包含有10171021個原子。在未磁化的鐵磁質(zhì)中，由于熱運動，各磁疇的磁化方向不同，因而在宏觀上對外界并不顯示磁性。把鐵磁質(zhì)引入外磁場后，各個磁疇磁矩的發(fā)生轉(zhuǎn)動，磁疇壁也發(fā)生移動，因而鐵磁體對外產(chǎn)生顯著的磁效應(yīng)。外場消失后，由于摻雜和內(nèi)應(yīng)力等的作用，磁疇并不能完全恢復(fù)到原先的狀態(tài)，因而表現(xiàn)為剩磁和磁滯現(xiàn)象。當(dāng)鐵磁質(zhì)溫度高于居里溫度時，磁疇便完全瓦解，鐵磁質(zhì)就成為普通的順磁質(zhì)。§2.1.2鐵磁材料的磁化規(guī)律和分類1 鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律鐵磁質(zhì)的磁化過程中會產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象。其磁化曲

24、線如圖2-1所示。圖2-1鐵磁材料的B-H曲線假設(shè)鐵磁材料未引進外磁場前未經(jīng)磁化即H=0，B=0。當(dāng)H逐漸增加時，B先是緩慢增加，然后經(jīng)過一段急劇增加的過程之后，又逐漸緩慢下來；當(dāng)H增大到Ms時B趨于飽和。這段曲線稱為起始磁化曲線（oc線），飽和值Bs和Ms分別稱為飽和磁感應(yīng)強度和飽和磁化強度。在B達到飽和值Bs之后，若使H逐漸減小到零，則B并不隨之減小到零，而是沿著另一條曲線回到點，對應(yīng)的Br稱為剩余磁感應(yīng)強度。為使B減小到零，必須加反向磁場Hc， Hc稱為矯頑力。當(dāng)反向磁場繼續(xù)加大時，B又將達到反向飽和值（f點）。此后，若使反向磁場逐漸減小到零，隨之又沿正方向增加，鐵磁質(zhì)的磁化狀態(tài)將沿fg

25、hc回到正向飽和磁化狀態(tài)c。這一條閉合曲線稱為磁滯回線。鐵磁質(zhì)在交變磁場作用下反復(fù)磁化時，由于磁滯效應(yīng)而造成的能量損耗，稱為磁滯損耗。 鐵磁材料的分類按矯頑力的大小，鐵磁材料可分為軟磁材料、硬磁材料、矩磁材料三類。一般軸承材料都是硬磁材料。 軟磁材料軟磁材料的矯頑力很小，Hc<102A/m矯頑力小意味著磁滯回線狹長，它所包圍的面積小，磁滯損耗小。 硬磁材料硬磁材料的矯頑力很大，Hc104106A/m。硬磁材料的剩余磁化強度Mr和剩余磁感應(yīng)強度Br很大，稱為永磁體。 矩磁材料有些鐵氧體材料的磁滯回線差不多呈矩形，故稱矩磁材料。其特點是：一經(jīng)磁化，其剩余磁感應(yīng)強度接近于非常穩(wěn)定的飽和值Bs，

26、矯頑磁力較小。若在不同方向的磁場下磁化，總是處于Bs和-Bs兩種不同的剩磁狀態(tài)。§2.1 軸承零件退磁原理一般軸承材料都為硬磁材料，軸承零件加工后會殘留較大剩磁。要有效去除剩磁，就必須了解其退磁原理。本節(jié)對軸承零件的兩種退磁方法原理做出說明，并在此基礎(chǔ)上分析軸承交流退磁時的磁場衰減規(guī)律。 軸承零件的熱退磁原理鐵磁質(zhì)加熱到居里溫度以上時，磁疇完全瓦解，成為普通的順磁質(zhì)。軸承零件的熱退磁就是利用這一原理，將軸承零件加熱到居里點以上，然后在無外場的條件下緩慢冷卻到室溫，從而消除軸承零件剩磁5。軸承套圈為環(huán)狀工件，如果選擇使用熱退磁方式，退磁高溫容易造成套圈金相組織變化、氧化、熱應(yīng)力以及變形

27、、斷裂等不良影響。因此實際生產(chǎn)中一般不用這種方法對軸承退磁。2. 軸承零件的交流退磁原理生產(chǎn)實際中，一般采用交流退磁法對軸承零件退磁?；痉椒ㄊ牵嚎刂仆舜烹娏髯裱撤N合理的規(guī)律衰減至零值，對應(yīng)退磁磁場使磁性材料的磁滯回線成為逐漸減小面積的多次閉合的曲線，通過這個磁化過程，將磁感應(yīng)強度減小到零.。其退磁機理為：軸承零件在交變的多方向的磁場作用下，工件內(nèi)部原來的磁疇定向排列被破壞，各分子電流的磁場紊亂后彼此抵消，使其原來的剩磁趨于零9。由安培環(huán)路定理知，當(dāng)鐵芯線圈匝數(shù)和磁路的長度一定時,磁場強度僅與電流成正比關(guān)系。因此一般采用衰減電流的方法來實現(xiàn)磁場的衰減。具體退磁原理簡述如下： 一般鐵磁物體的動

28、態(tài)磁滯回線如圖2-2的1,2,3,4,5,6,7,1所示的封閉曲線10。圖2-2 鐵磁物體的動態(tài)磁滯回線與退磁過程曲線B-磁感應(yīng)強度；H-磁場強度；Br0-剩磁感應(yīng)(動態(tài)值)；Hcd-矯頑磁力(動態(tài)值 由圖2-2可知，當(dāng)磁場強度H由點l所對應(yīng)的最大值Hm逐漸減小至零值時，磁感應(yīng)強度B并未降至零值，而是沿曲線降至點2的Brd值。因此在加工軸承零件時，電磁夾具的勵磁電流所產(chǎn)生的磁場突降為零值，將使軸承零件上殘留較大的剩磁。欲使剩磁為零，必須在曲線的3點或7點處斷電，即必須在磁場強度H值恰好為矯頑磁力值(士H)的瞬間斷電。實際上這是無法實現(xiàn)的，但可以采用逐次逼近的方法，使剩磁值Brd趨近于零。具體過

29、程如下：從某一磁化周期開始，磁化電流所產(chǎn)生的磁場強度H從1點的對應(yīng)值Hm開始向負(fù)方向變化。當(dāng)越過矯頑磁力-Hcd后不再到達5點處，僅到4點處就開始正方向增加。這樣，當(dāng)曲線與縱軸相交，即H為零值時，剩磁為-Brd。顯然，就絕對值而言，剩磁減小了。H值繼續(xù)向正方向增加，交橫軸于?？梢?，所需矯頑磁力值也減小了，即。限制電流的上升幅值到點處就開始向負(fù)方向回落，當(dāng)H=0時，剩磁為Brd，同樣有?？梢钥闯觯嚎刂仆舜烹娏靼瓷鲜鲆?guī)律周期性衰減，剩磁感應(yīng)就會隨之減小。當(dāng)電流衰減至零值時，剩磁Brd也就為零了，即消除了剩磁。生產(chǎn)實際中，運用交流退磁法對軸承零件退磁的一般思路是先用一個強磁場統(tǒng)一各個軸承剩磁的大小和

30、方向，然后使退磁磁場強度按一定規(guī)律衰減，逐漸減小軸承剩磁，直至達到軸承殘磁技術(shù)要求。關(guān)于退磁磁場強度的衰減規(guī)律，在此做如下討論：通過第一章第三節(jié)的分析發(fā)現(xiàn)，磁滯回線上的剩磁值Bri（i為開始衰減后的交流電流半波數(shù)，i=1,2,3）是由磁化的磁場強度H產(chǎn)生的。為了將Br退為零值，需施加矯頑磁力-Hci+1。對于非矩形磁滯回線的材料，總有以下關(guān)系式: 一般軟磁材料的|Hci+1Hci |比值在l/10以下。硬磁材料的比值要大得多。 由于磁滯回線是一些相似的封閉曲線及|Hci+1Hci|比值的客觀存在，將磁場按等比級數(shù)規(guī)律衰減最為合理。因為這種級數(shù)的收斂較快，可為壓縮退磁時間提供有利條件。此級數(shù)的首

31、項是退磁磁場強度初值。其公比為K，稱作磁場強度衰減比，其取值范圍為:對于公比K< 1的級數(shù)來說，欲使其衰減至零值，需無限長時間，這顯然是不現(xiàn)實的。對于退磁磁場強度的衰減，級數(shù)末項必須有大于零的固定取值。即只能取有限的項數(shù)n，衰減n次后即行斷電。n的值要根據(jù)磨削軸承套圈時所使用電磁夾具的勵磁電流大小確定。如：有資料顯示，若軸承磨削使用MZ208 磨床，根據(jù)其電磁線圈的參數(shù)，可初選 n= 81511。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計一組矩形脈沖序列參數(shù)，在 MZ208 磨床上做對比實驗，選取最佳衰減次數(shù)。另外，要想獲得較好的退磁效果就必須選擇合理的磁場強度衰減比K。生產(chǎn)實際中，磁場強度衰減比通常設(shè)置在1.3

32、61.3912之間。本課題將在此基礎(chǔ)上通過模擬實驗進一步分析和討論磁場強度衰減比與退磁效果的關(guān)系。第3章 軸承交流退磁方法和退磁裝備在設(shè)計實驗方案時需要了解交流退磁的具體實施方法及所需裝置。本章將就交流退磁實現(xiàn)方法和電路設(shè)計原理做出說明。§3.1 軸承的交流退磁方法對軸承套圈退磁一般采用交流退磁，本節(jié)主要介紹這種退磁方法的具體實現(xiàn)過程以及退磁時對磁場的要求。§ 交流退磁法交流退磁是在軸承套圈上加一低頻交變磁場, 并使其振幅由某一最大值均勻減少到零的方法。具體實施時，交流退磁可分為直流磁場退磁和交流磁場退磁兩種13。交流磁場退磁設(shè)備簡單，容易掌握。但由于“集膚效應(yīng)”的影響，沒

33、有足夠的穿透能力，無法消除零件內(nèi)部的剩磁，只可用于工件的表層部分退磁。直流磁場退磁效果比交流磁場退磁效果好，但需專用的設(shè)備，以便改變電流的方向即磁場的方向，同時逐步遞減電流強度。常用的交流退磁方法有以下幾種：1.孔形線圈退磁法采用500010000安匝的線圈，接通220V、50Hz的電源，把工件穿過帶有交流電的孔形線圈，然后移到軸向距離不小于1.5米處，再切斷電源。2.U形(或口型或山型)線圈遞減電流法這個孔形線圈帶有開關(guān)和電流調(diào)整機構(gòu)，退磁時把工件放到線圈的交流磁場中，工件可保持不動，通過控制調(diào)整機構(gòu)達到消磁的目的。直到退磁工作全部完成，再將工件移走。3.交流磁退磁法交流磁軛法通常用于大型零

34、件退磁。將交流磁軛從零件表面上方通過，然后離開零件表面450毫米以外。這種退磁操作根據(jù)需要須重復(fù)進行多次，以覆蓋整個零件表面。操作時要求沿著同一方向進行，一個退磁周期結(jié)束后再返回零件表面。如此反復(fù)幾次以達到預(yù)定退磁效果。4.分檔降低交流電流退磁法運用變阻器或時序控制電路實現(xiàn)交流電流的衰減。在使用分檔降低交流電流法退磁時，逐次降低電流，每次降低值不超過前一次50%，分檔應(yīng)盡可能小，以便使零件獲得良好的退磁效果。5.直流換向磁化法使用直流穩(wěn)壓電源和調(diào)壓換向裝置實現(xiàn)退磁磁場的衰減。退磁時，將工件放置于電磁鐵的兩磁極之間，其磁場很強，足以使工件達到磁飽和狀態(tài)。然后以小的分檔逐級降低磁場，每降一檔切換一

35、次磁場方向，直到電流降到零為止。§3.1.2 退磁磁場特性及其參數(shù)的選擇通常，退磁磁場的大小由以下原則來確定：若剩余磁化強度與退磁磁場的方向平行，為了達到完全磁中性化，退磁磁場的最大值應(yīng)是試樣矯頑力的35倍，若不滿足互相平行的條件，退磁磁場則應(yīng)高出試樣矯頑力的10倍。而退磁磁場的最小值，應(yīng)該比開始測試的磁場值還小。為保證磁感應(yīng)強度均勻變化，退磁過程持續(xù)的時間也很重要。對于金屬軟磁材料厚度小于0.5mm時，持續(xù)時間選在12min即可；塊料做成的試樣，持續(xù)時間應(yīng)適當(dāng)加長；對于鐵氧體試樣，退磁時間選為5s。應(yīng)用交流磁場進行磁中性化時，可能看到一種“視在磁中性化”的現(xiàn)象。這個現(xiàn)象是由“集膚效

36、應(yīng)”產(chǎn)生的，它使材料的內(nèi)層沒有磁中性化，線度尺寸大于一定限度的試樣，不能得到好的效果。為了提高磁中性化的質(zhì)量，這時應(yīng)該用低頻交流磁場。當(dāng)采用50Hz的交流磁場時，還應(yīng)考慮在地磁場作用下產(chǎn)生理想磁化的可能性，這時試樣的磁化變得非常容易，得到了與磁中性化相反的結(jié)果。所以對試樣必須采取避免的磁場影響的措施，如條形試樣就應(yīng)使其長度垂直于地磁場的方向，而環(huán)形試樣則應(yīng)將環(huán)的平面垂直于地磁場。為獲得良好的退磁效果，要求試樣磁化強度的改變均勻而緩慢，以保證磁化強度矢量來得及重新分布。均勻降低磁場法退磁主要是在大電流下的退磁，不容易保證磁化強度均勻改變。而均勻降低磁感應(yīng)法退磁主要是小電流下的退磁，容易保證磁化強

37、度均勻改變。§3.2 軸承退磁裝備本節(jié)以連續(xù)退磁機為例簡要介紹退磁機的結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上分析各種退磁電路的特點和所得退磁磁場的衰減原理。§3.2.1 連續(xù)退磁機的組成退磁機由退磁器和輸送帶組成14，見圖3-1。退磁器由一個c型鐵芯和兩個勵磁線圈組成。當(dāng)兩個勵磁線圈通以工頻電流（也可為矩形交變電流或振蕩衰減電流）時，鐵芯磁極間產(chǎn)生一個較強的交變磁場。當(dāng)被退磁的零件以適當(dāng)?shù)乃俣韧ㄟ^時，零件在交變的多方向的磁場作用下，使工件內(nèi)部的磁疇定向排列被破壞，各分子電流的磁場紊亂后彼此抵消。使其原來的剩磁減少，以至趨近于零，從而達到退磁的目的，退磁器的外殼、上蓋應(yīng)用不導(dǎo)磁材料制作而成。勵磁

38、線圈采用玻璃纖維雙包扁銅線繞制、白紗帶包扎，絕緣清漆浸沾后烘干。C型鐵芯采用硅鋼片沖壓成型后疊制而成。退磁器的磁場強度與勵磁線圈的導(dǎo)線截面積、匝數(shù)、電壓以及C型鐵芯的材料、截面積和長度有關(guān)15。輸送帶有一對不導(dǎo)磁的帶輪和一條耐油橡膠帶組成，從而避免把磁性帶給其他零部件。圖3-1 退磁機簡圖1.下料板 2.退磁帶輪 3. 退磁傳動鏈輪 4. 退磁輸送帶5.退磁器外殼 6.C型鐵芯 7.勵磁線圈 8.工件 9.工作臺§3.2.2 常用退磁電路 工頻交流退磁裝置這種電路直接以正弦交流電作為勵磁電源，具有簡單實用的特點，在軸承生產(chǎn)中被廣泛采用。但退磁過程不易保持一致，且能源利用率低，功耗大，

39、容易產(chǎn)生線圈過熱現(xiàn)象16。其基本工作原理如下：給退磁線圈通以50Hz的工頻交流電，線圈中將產(chǎn)生一個同頻率交變磁場，且距線圈越遠，磁場強度越小。用這種電路退磁時，線圈固定，軸承套圈由傳送帶輸送，勻速通過線圈上方。套圈從磁場中心移動到磁場邊緣的這段時間內(nèi)，磁場強度逐漸趨于零，套圈剩磁逐漸減小。設(shè)置合理交流電壓幅值和傳送帶速度，就可將軸承套圈殘磁控制在技術(shù)要求范圍內(nèi)。 R-L-C退磁電路該退磁電路以R- L- C放電回路（衰減震蕩電路）為基礎(chǔ)，利用充電電容瞬時放電，在磁感應(yīng)線圈中形成的極強脈沖磁場，實現(xiàn)軸承套圈磁。該裝置是退磁機的常用裝置，同時也可用作在機退磁裝置，可減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)。與工頻交流退磁裝置

40、相比，這種裝置電能損耗低,退磁質(zhì)量好。 基本工作原理如圖3-2退磁電路簡圖所示，電容通過一定幅度的電源充電，把電能儲存在電容器中，然后使電容瞬間放電，使負(fù)載得到很大的功率，當(dāng)充電電容C對L、R放電時，電路中便會出現(xiàn)阻尼震蕩的現(xiàn)象。圖3-2 退磁電路簡圖放電回路中的充電電流的幅值按指數(shù)函數(shù)(= R /2L )衰減,鐵芯線圈電流的振蕩頻率： （3-1） 如圖3-3所示，鐵芯線圈電流是以從大到小、方向交變的方式衰減的17。由環(huán)路定理可知，當(dāng)鐵芯線圈匝數(shù)和磁路的長度一定時，磁場強度僅與電流成正比關(guān)系。因此，鐵芯線圈中就能得到一個強度和鐵芯線圈電流變化一致的交變磁場，這個交變磁場就是所需的退磁磁場。圖3

41、-3 磁場波形圖 典型電氣結(jié)構(gòu) 如圖3-4所示，當(dāng)接通電源時，電源便通過由二極管D1、D2和電容器C1、C2組成的被壓整流電路，使C1、C2分別充電至交流電壓峰值，C1、C2串聯(lián)后的總電壓是電源峰值電壓的二倍，此時氖泡指示燈ND亮，表示充電完畢。退磁時，將工件置于鐵芯上，按下按鈕AQ，繼電器得點吸合，其常閉觸點J1、J3斷開，切斷電源和電容間的通路，同時常開觸點J2、J4閉合，使電容與鐵芯線圈構(gòu)成回路，成為LCR衰減震蕩電路18。圖3-4 R-L-C退磁裝置電氣原理圖由于退磁裝置退磁時，線圈僅工作在瞬時通電狀態(tài)，因此高達二倍工作電源 的電壓對線圈放電也不會發(fā)熱，并且最大退磁電流也增加

42、了二至三倍，取得了增強退磁能力的效果。直流換向退磁電路 該電路以矩形脈沖電壓為勵磁電壓，具有電能損耗低，生產(chǎn)效率高的特點。電路一般由時序控制電路/調(diào)壓換向電路輸出輸人接口電路及電源電路組成。 基本原理給鐵心線圈通一組方向交替變換、幅值逐漸遞減至零的脈沖電壓，退磁線圈中出現(xiàn)方向交替變換、幅值逐漸遞減到零的電流，此時退磁裝置中產(chǎn)生極性交替變化、強度逐漸遞減至零的磁場，套圈因此在退磁裝置中退磁。就波形的整體變化情況而言，它具有交流電正反交變的特性，故可使鐵心線圈產(chǎn)生交變磁場。從單個脈沖工作情況分析，它又具有直流特性，可有效減小線圈的感抗，使線路損耗和鐵損減小，降低電能損耗19。 退磁電源的有關(guān)參數(shù)脈

43、沖長度退磁線圈是感性負(fù)載，確定脈沖長度時應(yīng)首先知道退磁線圈的直流響應(yīng)時間。一般退磁線圈的直流響應(yīng)時間可以計算出來，也可以通過脈沖示波器測量出來。為了減少誤差，我們采用實際測量的辦法，將不同的電壓與退磁線圈接通，在示波器上觀察電流達到所要求幅值時的時間20。正反脈沖的時間間隔正反向脈沖的時間間隔是指在兩個不同向的脈沖之間確定一段不對線圈供電的時間，用于線圈釋放存儲的磁能，并防止換向時電源短路。該參量僅與線路安全有關(guān)與退磁效果無關(guān)。正反脈沖的時間間隔取決于退磁線圈的零斷電響應(yīng)時間。在示波器上觀察退磁線圈不同壓時的零斷電響應(yīng)時間，為保證正反脈沖換向時安全可靠，按實測零斷電響應(yīng)時間的1.5倍確定正反脈

44、沖的時間間隔。每一個脈沖的電壓幅值 根據(jù)退磁電壓初始值和磁場衰減比計算得出。矩形脈沖波退磁裝置該退磁裝置與直流換向退磁裝置原理類似，用矩形脈沖波代替正弦波交流電作交流勵磁電源21。不同的是該裝置使用的是一組正反交替變化、幅值一致、脈沖寬度逐漸減小的矩形脈沖序列，退磁裝置中因此而產(chǎn)生極性交替變化、強度逐漸衰減至零的磁場，從而使套圈的剩磁逐漸降至最低。第4章 軸承退磁模擬實驗前兩章對軸承零件的退磁原理和退磁方法作了簡要說明。本章主要說明實驗的設(shè)計思路和實驗結(jié)果。§4.1 實驗相關(guān)參數(shù)說明為獲得良好的退磁效果，退磁磁場強度的改變需均勻而緩慢，以保證磁場強度矢量來得及重新分布。影響退磁效果的

45、主要參數(shù)有：退磁時間、磁場強度幅值初始值、退磁磁場強度終值（或退磁磁場正反交變次數(shù)）、磁場強度衰減比。其中磁場強度衰減比是本課題討論的主要內(nèi)容。下面對以上四個參數(shù)做簡要介紹： 退磁時間：通常，采用工頻交流退磁時，退磁時間為24s。退磁時間較少時，退磁效果較差；退磁時間較長，則能耗大，生產(chǎn)效率低。若采用在機退磁，退磁時間可根據(jù)加工工序時間分配設(shè)定。如利用電磁無心夾具對軸承套圈退磁：在一個磨削加工循環(huán)內(nèi)，從上料開始到磨削完畢砂輪開始退出這段時間,軸承套圈需要電磁夾具夾緊，此時電磁夾具的線圈處于工作狀態(tài)。從砂輪退出到下料結(jié)束這段時間，套圈不需夾緊，電磁夾具線圈不工作。為不影響生產(chǎn)效率，退磁就可安排在

46、砂輪退回到套圈下料的約2s時間內(nèi)進行。實際生產(chǎn)中，也有很多加工與退磁同時進行，或利用邏輯電路控制衰減磁場而壓縮退磁時間的機械裝備。由于本實驗研究的是磁場衰減比與退磁效果的單值函數(shù)，因此沒有對退磁時間加以限定。 磁場強度幅值初始值：理論和實踐證明，退磁交變磁場的峰值過小就無法打亂軸承材料內(nèi)部磁疇原來的排列，出現(xiàn)退磁不徹底的現(xiàn)象，其峰值越大，退磁效果也就越好。而磁場強度與產(chǎn)生它的電流成正比，因此退磁用線圈的電流峰值也越大越好。但是，退磁裝置常設(shè)置為連續(xù)、長時間的工作方式。為防止線圈過熱，設(shè)計時必須采用較低的電流。由第二章第二節(jié)的分析可知：隨著退磁電流的取值不同，同一軸承的磁滯回線是若干相似的封閉曲

47、線。最大的曲線只有一條，即飽和磁滯回線。通常軸承退磁電流的磁滯回線可設(shè)計為飽和磁滯回線內(nèi)的任一條。生產(chǎn)實際中，由于電磁夾具工作時的最大磁場感應(yīng)強度遠離飽和區(qū)，對軸承退磁時，磁場強度幅值只需略大于勵磁磁場強度，就能克服軸承材料內(nèi)磁疇遇到的最高勢壘，實現(xiàn)磁矩的重新取向。設(shè)計交流退磁裝置的參數(shù)時，可以依據(jù)這一原理設(shè)置磁場強度幅值初始值。本課題的模擬實驗時，勵磁電壓為40v，退磁最高電壓為60v。 退磁磁場強度終值根據(jù)公式，知B與H成正比。因此可根據(jù)軸承的最大殘磁強度確定退磁磁場強度終值（退磁電流終值）。其中B為磁介質(zhì)的磁感應(yīng)強度，H為磁場強度，為磁介質(zhì)的絕對磁導(dǎo)率，但不是常數(shù)，且與所經(jīng)歷的磁化歷史有

48、關(guān)，即不是狀態(tài)的單值函數(shù)。對軸承套圈退磁時，一般采用經(jīng)驗值In=0.5mA。確定退磁磁場強度初始值和終值后，利用所設(shè)置的磁場強度衰減比就可求出退磁磁場正反交變次數(shù)k。受實驗設(shè)備的限制，本實驗將退磁電壓終值設(shè)置為0.5v。 磁場強度衰減比磁場強度衰減比選得小，退磁磁場正反交變次數(shù)k自然就大，退磁效果就好，但退磁所用的時間長。若選得大，k就小，磁滯回線有可能回不到原點，退磁效果就差。要想得到理想的退磁效果，就需合理地選擇k和。本課題的主要目的就是尋求退磁效果最好的磁場衰減比。§4.2 實驗方法和思路 本實驗要求簡單易行，結(jié)果可靠。比較第三章第二節(jié)的五種退磁方法，選擇U形(或口型)線圈遞減

49、電流法。對比第三章第三節(jié)的四種退磁電路，直流換向退磁電路所用設(shè)備簡單，人為因素對退磁效果的干擾較少，因此選擇這種電路做模擬實驗。在軸承四大件中，軸承套圈的加工剩磁來源最多，其退磁最復(fù)雜，退磁效果對軸承性能影響最大，因此本實驗選用6205軸承內(nèi)圈做退磁樣本。 實驗器材直流電源一個（60 V），雙刀雙擲開關(guān)一個，簡易退磁機一個，磁性檢測儀一個，6205軸承套圈10個，導(dǎo)線若干。 實驗裝置原理圖 圖4-1 實驗電路原理圖說明：雙刀雙擲開關(guān)可實現(xiàn)退磁電流的換向，實驗時將退磁裝置接在圖4-1中的感性元件處。圖4-2 退磁裝置圖 實驗原理退磁磁場各參數(shù)的選擇見上節(jié)。在確定脈沖長度和正反脈沖的時間間隔時，應(yīng)

50、首先測定電磁線圈的直流響應(yīng)時間和零斷電響應(yīng)時間。但由于本實驗為手動操作，無法精確計算響應(yīng)時間的影響，因此實際操作時將脈沖長度和正反脈沖的時間間隔都設(shè)置為1s。實際操作時動作盡量放緩，使電流值穩(wěn)定在預(yù)定值上即可。電源電壓和電路電流變化如圖4-3 所示：圖4-3 電源電壓和電路電流變化圖 實驗方法設(shè)置十一種磁場強度衰減比（2.0,1.9,1.8,1.7,1.6,1.5,1.4, 1.35,1.3,1.2,1.1），根據(jù)初始電壓幅值計算各個電壓峰值，如表4-2所示。按照計算得出的電流（或電壓）序列在實驗裝置上對軸承套圈退磁，檢測退磁后的軸承殘磁并作詳細記錄。在多次實驗的基礎(chǔ)上，比較各組軸承殘磁的大小

51、并排除偶然因素的干擾，總結(jié)出實驗結(jié)果。 軸承殘磁的檢測生產(chǎn)實際中，可使用大頭針、指南針、測磁器等較為簡單的方法檢查退磁效果。但本實驗需要對殘磁進行定量檢測，必須使用霍爾元件的高斯計以及有特殊傳感元件的磁通計來完成。因此實驗選用殘磁測量儀進行殘磁檢測。 實驗步驟按照實驗裝置原理圖連接實驗電路。檢查實驗電路是否正確，實驗裝置隔磁是否符合標(biāo)準(zhǔn)。檢查無誤后將一組交流退磁后的軸承套圈放在退磁機上用40v電壓激磁。將直流穩(wěn)壓電源電壓調(diào)至60v，按下退磁機開關(guān)，通電1s后斷開。將交換電路正負(fù)極，使電路電壓反向，調(diào)節(jié)電源電壓至退磁電壓序列的第一個值后，按下退磁機開關(guān)，通電1s后斷開。重復(fù)操作，使電源電壓按表4

52、-1，逐漸衰減至第三、四······K個幅值后，關(guān)閉電源。用磁性檢測儀檢測退磁后軸承殘磁，并記錄。將這組軸承交流退磁，統(tǒng)一實驗初始條件。重復(fù)操作，完成對十五組軸承套圈的退磁和殘磁檢測。表4-1 各磁場衰減比對應(yīng)電壓幅值序列磁場衰減比電壓幅值序列(v)1.160,54.5,49.6,45.1,41.0,37.3,33.9,30.8,28.0,25.4,23.1,21.0,19.1,17.4,15.8,14.4,13.1,11.9,10.8,9.8,8.9,8.1,7.4,6.7,6.1,5.5,5.0,4.6,4.2,3.8,3.4,3

53、.1,2.8,2.6,2.4,2.1,1.9,1.8,1.6,1.5,1.3,1.2,1.1,1.0,0.9,0.8,0.7,0.7,0.6,0.6,0.51.260,50,41.7,34.7,28.9,24.1,20.1,16.7,14.0,11.6,9.7,8.1,6.7,5.6,4.7,3.9,3.2,2.7,2.3,1.9,1.6,1.3,1.1,0.9,0.8,0.6,0.51.360,46.2,35.5,27.3,21.0,16.2,12.4,9.6,7.4,5.7,4.4,3.3,2.6,2.0,1.5,1.2,0.9,0.7,0.51.3560,44.4,32.9,24.4,1

54、8.1,13.4,10.4,9.9,7.3,5.4,4.0,3.0,2.2,1.6,1.2,0.9,0.7,0.6,0.51.460,42.9,30.6,21.9,15.6,11.2,8.0,5.7,4.1,2.9,2.1,1.5,1.1,0.8,0.51.560,40,26.7,17.8,11.9,7.9,5.3,3.5,2.3,1.6,1.0,0.7,0.51.660,37.5,23.4,14.6,9.2,5.7,3.6,2.2,1.4,0.9,0.51.760,35.3,20.8,12.2,7.2,4.2,2.5,1.5,0.9,0.51.860,33.3,18.5,10.3,5.7,3

55、.2,1.8,1.0,0.51.960,31.6,16.6,8.7,4.6,2.4,1.3,0.7,0.52.060,30,15,7.5,3.8,1.9,0.9,0.5§4.3 實驗分析與結(jié)論根據(jù)實驗方法分組對軸承退磁，實驗結(jié)果如表4-2所示。由表4-3可以看出所選用的磁場衰減比在1.351.5范圍內(nèi)時，軸承套圈殘磁最小，退磁效果最好。由本章第二節(jié)的分析可知，理論上磁場衰減比越小退磁效果越好，但實際結(jié)果并非如此。為進一步找出造成這種結(jié)果的原因，設(shè)計在同一衰減比下對多組軸承套圈進行退磁。實驗發(fā)現(xiàn)所選用的磁場衰減比為1.1，1.2，1.3時，各組軸承套圈殘磁差異很大。分析實驗裝置和直流換向電路的性質(zhì)，原因有以下幾點：直流換向退磁的退磁過程不易保持一致，實驗重復(fù)性差，且磁場衰減次數(shù)越多，穩(wěn)定性越差。本試驗中選取的各組電壓序列是根據(jù)退磁電壓初始值和磁場衰減比進行近似計算得出的，電壓序列越長對動態(tài)磁滯回線的破壞越大，因此退磁效果越差。本實驗中，磁場衰減比越小，退磁時間越長，人為因素的干擾增多，影響退磁效果。電磁線圈是感性元件，磁場衰減次數(shù)增多，可能會影響其磁場變化，給退磁造成干擾。表4-2 磁場衰減比與退磁后軸承殘磁對照表磁場衰減比殘磁值/mT上端面下端面滾道內(nèi)圓面1.12.41.61.40.80.50.70.80.30.70.60.