轴承退磁机磁场衰减比与退磁效果关系的实验和分析

1、轴承退磁机磁场衰减比与退磁效果关系的试验与分析摘 要先进的退磁理论和退磁技术是轴承行业适应国民经济发展趋势的必然要求。对轴承退磁时，退磁磁场衰减比对退磁效果的影响很大。本课题从退磁理论和生产实际两个方面分析和说明了磁场衰减比与退磁效果的关系。本论文主要从以下四个方面说明课题的研究方向和内容：从轴承零件的特点、剩磁来源和铁磁质的物理特性出发，简要分析各种轴承退磁方法的原理及其优缺点。通过分析动态磁滞回线说明轴承零件交流退磁时的磁场衰减规律与退磁效果的关系。比较常用退磁电路和退磁方法，设计实验寻求退磁效果最好的磁场衰减比。分析实验过程和实验数据，找出实验中可能干扰实验结果的因素，在此基础上总结出磁

2、场衰减比与退磁效果的关系并提出这种关系产生的原因。实验得出的主要结论有：直流换向退磁与工频交流退磁相比，具有电能损耗低、退磁效果好的优势。但其退磁过程不易保持一致，且磁场衰减比越小，退磁磁场衰减次数越多，退磁稳定性越差。因此在直流换向退磁中，遵循退磁规律选择退磁磁场参数选择尤为重要。当退磁磁场衰减比设置在1.351.5之间时退磁效果最好。关 键 词：磁场衰减比，实验研究，退磁方法，退磁电路，轴承 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 目录前 言1第1章 绪论2§1.1 轴承残磁概述2§1.2 轴承退磁技术的现状3§1.3 课题内容和研究方法3第2章 轴承退磁原理5§2.1 铁磁材料的性质5磁介质和物质磁性5铁磁材料的磁化规律和分类6§2.1 轴承零件退磁原理7第3章 轴承交流退磁方法和退磁装备11§3.1 轴承的交流退磁方法11§3.1.1

11、交流退磁法11§3.1.2 退磁磁场特性及其参数的选择12§3.2 轴承退磁装备13§3.2.1 连续退磁机的组成13§3.2.2 常用退磁电路13第4章 轴承退磁模拟实验18§4.1 实验相关参数说明18§4.2 实验方法和思路19§4.3 实验分析与结论22结 论25参考文献26致谢28前 言轴承退磁的目的是将轴承剩磁降低到规定的残磁技术要求范围内。退磁过程实质上就是轴承材料磁中性化的过程，即磁场强度和磁感应强度同时趋于零的过程。交流退磁的一般方法是先用一个强度较大的磁场统一轴承材料剩磁的方向，再用按等比规律衰减的磁场使

12、轴承材料动态磁滞回线逐渐逼近于原点。要获得理想的退磁效果就必须选用最有利于磁中性化的退磁磁场参数。这些参数主要有退磁时间，磁场强度初始值，磁场强度终值，磁场衰减比。其中磁场衰减比直接影响退磁时间。并且如果退磁时磁场衰减比选择不当，即使磁场强度初始值足以统一剩磁方向，磁场强度终值足够小，也无法将残磁降低到技术要求范围内。为探求各磁场衰减比对退磁效果的影响，找出退磁效果最好的磁场衰减比，本课题选用直流换向退磁装置设计了相关实验。实验时，将一组6205轴承内圈在不同磁场衰减比下进行退磁。通过测量各衰减比下轴承的残磁，比较退磁效果，得出最佳衰减比。在此基础上总结出了磁场衰减比与退磁效果的关系并提出这种

13、关系产生的原因。这对生产实际中关于进一步减小残磁的研究具有一定的理论和实践意义。本课题所用实验装置可用于教学模拟实验。第1章 绪论§1.1 轴承残磁概述1. 轴承剩磁的来源及影响电磁夹具是轴承零件加工中常用的工艺装备。大型和小型轴承套圈端面磨削是将轴承套圈吸附在磁盘上加工的，磨削完毕后套圈的残余磁性很大。在磨削外圈外径、内圈内径以及内、外沟道时，常常也采用电磁无心卡具夹紧的方式来满足加工工艺的要求。由于轴承套圈加工中，要有很大的吸附磁力，才能保证套圈在砂轮上切削时不会产生甩脱，因此轴承磨削加工后会残留较大的剩磁。轴承套圈上剩磁的大量存在，会使仪器检测时的检测值产生偏差。此外套圈上的剩

14、磁会吸附着许多铁屑，对下一道加工工序的加工精度有直接影响。另外，轴承滚动体也受原料和加工工艺的影响，存在大量剩磁，且在生产过程中的每道工序剩磁都发生着变化，不同程度地影响着产品的加工质量1。如果轴承装配后仍存有较大的残余磁性，清洗、润滑质量就很难得到保障，而且微小的金属磨粒被吸附在轴承工作表面，加速轴承的磨损，影响轴承的使用寿命和工作可靠性。同时，残余磁性会使轴承各零件相互吸引，影响其旋转精度。所以退去轴承剩磁的工作十分重要。2. 轴承残磁的定义一般电磁夹具都是利用电磁铁对工件的吸引力来夹紧工件的。在加工完成后，虽然电磁铁断电，磁场会消失，但由于一般轴承材料都是硬磁材料，在磁场消失后，材料中的

15、铁磁体仍保留剩磁。剩磁对轴承的工作不利，但它又是使用磁性夹具的必然产物。为了使轴承不因磁化影响其工作性能，在轴承零件加工后都要进行退磁处理，有时还要进行多次退磁。但退磁一般只能把剩磁强度减小，很难把它完全消除。轴承残磁就是指轴承在生产过程中被磁化的零件，经过退磁后仍未消除的最大残余磁感应强度2。§1.2 轴承退磁技术的现状现代机械制造业对轴承工作性能的要求越来越高，而轴承残磁对轴承的旋转精度、使用寿命等工作性能有一定的影响。因此，先进的退磁技术一直为轴承行业所探求。在国外，轴承制造技术正向专业化、自动化的方向发展。由于现代化生产线的自动化程度相当高，它完全能够保证轴承零件或成品在加工

16、完毕后，退磁和清洗同步进行，而且效果良好。同时，这些先进设备采用随机的光电测量、数子显示等先进的检测手段，完全保证了工件的精度及退磁清洗效果；但这些设备存在结构复杂、价格昂贵等不足4。在国内，一些轴承企业也引进或开发了先进的退磁设备，退磁理论和退磁手段也在不断发展。然而，到目前为止，国内外轴承厂对轴承的退磁仍采用热退磁和交流退磁两种方式。热退磁是将轴承零件加热到居里点以上，然后在无外场的条件下缓慢冷却到室温，从而消除轴承零件剩磁的方法。这种方法能获得完全退磁的效果，但操作过程比较复杂，且可能导致零件的结构变化。 交流退磁是在轴承零件上加一低频交变磁场，并使其幅值由某一最大值均匀减少到零的方法。

17、其退磁效果与磁场的幅值、频率、幅值减小的速度和方式(按磁感均匀减小还是磁场均匀减小)有着密切关系。一般而言，退磁强度的最大幅值要达到饱和磁化的磁场值，而频率越低越好，幅值降低的速度越慢越好。这种方法是生产实际中最常用的退磁方法，但其退磁过程不易保持一致，测得的磁化曲线起始部分有较大差别，且任何一种交流退磁都无法使轴承达到残磁为零的理想状态5。§1.3 课题内容和研究方法轴承退磁过程实际就是轴承材料磁中性化的过程，即使轴承材料获得磁场强度和磁感应强度同时为零状态的过程3。交流退磁的一般方法是先用一个强度较大的磁场统一轴承材料剩磁的方向，再用按等比规律衰减的磁场使轴承材料动态磁滞回线逐渐

18、逼近于原点。衰减磁场幅值的等比系数就是磁场衰减比。本课题的主要内容是通过模拟实验找出退磁效果最好的退磁磁场衰减比。目前，国内外对轴承退磁磁场衰减比与退磁效果关系的研究方法大体分为两种：第一种是通过测定一般轴承材料的磁滞回线和退磁曲线，获取合理的磁场衰减比。第二种是通过检测退磁后轴承零件（或轴承成品）的残磁值来研究轴承退磁磁场衰减比对退磁效果的影响。第一种方法是在交变衰减磁场中，研究衰减次数与磁滞回线上的剩磁值的关系。从而得出合理的退磁磁场强度幅值初始值、残磁技术要求范围内的磁场强度幅值末项值以及衰减次数，进而可求出合理的磁场衰减比。但是，对磁滞回线和退磁曲线的测定比较复杂6,7。而且，交变磁场

19、中，带有不同剩磁的轴承材料磁化曲线起始点和磁滞回线的中心对称性不同。研究证明，剩磁越大，磁滞回线对称性愈差。剩磁很大时，磁化曲线差不多与回线重合。而实际生产中，轴承尺寸、结构、加工过程都使得轴承的剩磁不一致。这就使得退磁过程不易保持一致，实验重复性不理想，实验结果可靠性较差。第二种方法是将同批轴承零件（或轴承成品）分组放在不同的交变衰减磁场中退磁，对比退磁效果，找出最佳磁场衰减比。这种方法操作简单，实验结果可靠，适用于生产实际，但实验工作量大。本课题的模拟实验要求退磁装置简单、实验结果可靠。对比和分析两种方法所用退磁装置，第二种实验研究方法比较符合实验要求。第2章 轴承退磁原理认识和掌握轴承的

20、退磁原理是做好本次实验的基础，本章根据轴承材料的特性对轴承的退磁原理做简要说明。§2.1 铁磁材料的性质本节简要说明各类磁介质的主要物理性质，重点分析铁磁材料磁化时的滞回特性，以探求一般轴承材料（大多为硬磁材料）的退磁方法。§磁介质和物质磁性在磁场作用下发生变化，并能反过来影响磁场的物质，称为磁介质8。磁介质在磁场作用下发生的这种变化，称为磁化。由分子和原子构成的一切实物都是磁介质。物质分子的电子运动可以说明物质的磁性。分子中任何一个电子都同时参与两种运动，即环绕原子核的轨道运动和电子本身的自旋，这两种运动都产生磁效应。把分子看成一个整体，分子中各个电子对外界产生的磁效应的

21、总和，可以用一个等效的圆电流表示，称为分子电流，对应的磁矩称为分子磁矩。由于各种物质的结构不同，所以各种磁介质在外磁场中的磁化状态也不同，一般把磁介质分为抗磁质、顺磁质和铁磁质三种。抗磁质的特点是，当它未被引入外磁场以前，每个分子内各种磁矩的总和为零，即分子矩为零，因此整个分子对外不显示磁性。但当把抗磁质引入外磁场后，电子的轨道运动略微有所改变。无论原先电子轨道的取向如何，在外磁场的洛伦兹力作用下使轨道运动发生变化而产生的附加磁矩，总是与外磁场方向相反，所以是削弱外磁场的，这就是把这种磁介质叫做抗磁质的原因。外磁场消失后，顺磁质回到未被磁化的状态。顺磁质的特点是每个分子都有一定的分子磁矩。但由

22、于分子的热运动，在任一宏观体积内各个分子磁矩的矢量和为零。如果把这种物质引入外磁场中，因每个分子已有一定的分子磁矩，因此要受到磁力矩作用。磁力矩总是力图使分子磁矩转向外磁场方向，使总磁场增强。但受热运动的影响，分子磁矩也不是严格地平行于外磁场，而且温度越高，平行度越差。外磁场消失后，顺磁质也回到未被磁化的状态。与以上两种磁介质不同，铁磁质的磁化过程会产生磁滞现象。即外磁场消失后，铁磁体中还保留中一部分磁性，称为剩磁。任何一种铁磁质都有一个特定的温度，当高于这一温度时，铁磁质便成为普通的顺磁质，这个温度称为居里温度。铁磁质中，由于一种由量子效应产生的交换相互作用，相邻原子的自旋磁矩自发地规则取向

23、，抑制了分子热运动的破坏作用，形成了许多很小的自发饱和磁化区域，称为磁畴。磁畴的大小约为10-1210-8 m3，包含有10171021个原子。在未磁化的铁磁质中，由于热运动，各磁畴的磁化方向不同，因而在宏观上对外界并不显示磁性。把铁磁质引入外磁场后，各个磁畴磁矩的发生转动，磁畴壁也发生移动，因而铁磁体对外产生显著的磁效应。外场消失后，由于掺杂和内应力等的作用，磁畴并不能完全恢复到原先的状态，因而表现为剩磁和磁滞现象。当铁磁质温度高于居里温度时，磁畴便完全瓦解，铁磁质就成为普通的顺磁质。§2.1.2铁磁材料的磁化规律和分类1 铁磁质的磁化规律铁磁质的磁化过程中会产生磁滞现象。其磁化曲

24、线如图2-1所示。图2-1铁磁材料的B-H曲线假设铁磁材料未引进外磁场前未经磁化即H=0，B=0。当H逐渐增加时，B先是缓慢增加，然后经过一段急剧增加的过程之后，又逐渐缓慢下来；当H增大到Ms时B趋于饱和。这段曲线称为起始磁化曲线（oc线），饱和值Bs和Ms分别称为饱和磁感应强度和饱和磁化强度。在B达到饱和值Bs之后，若使H逐渐减小到零，则B并不随之减小到零，而是沿着另一条曲线回到点，对应的Br称为剩余磁感应强度。为使B减小到零，必须加反向磁场Hc， Hc称为矫顽力。当反向磁场继续加大时，B又将达到反向饱和值（f点）。此后，若使反向磁场逐渐减小到零，随之又沿正方向增加，铁磁质的磁化状态将沿fg

25、hc回到正向饱和磁化状态c。这一条闭合曲线称为磁滞回线。铁磁质在交变磁场作用下反复磁化时，由于磁滞效应而造成的能量损耗，称为磁滞损耗。 铁磁材料的分类按矫顽力的大小，铁磁材料可分为软磁材料、硬磁材料、矩磁材料三类。一般轴承材料都是硬磁材料。 软磁材料软磁材料的矫顽力很小，Hc<102A/m矫顽力小意味着磁滞回线狭长，它所包围的面积小，磁滞损耗小。 硬磁材料硬磁材料的矫顽力很大，Hc104106A/m。硬磁材料的剩余磁化强度Mr和剩余磁感应强度Br很大，称为永磁体。 矩磁材料有些铁氧体材料的磁滞回线差不多呈矩形，故称矩磁材料。其特点是：一经磁化，其剩余磁感应强度接近于非常稳定的饱和值Bs，

26、矫顽磁力较小。若在不同方向的磁场下磁化，总是处于Bs和-Bs两种不同的剩磁状态。§2.1 轴承零件退磁原理一般轴承材料都为硬磁材料，轴承零件加工后会残留较大剩磁。要有效去除剩磁，就必须了解其退磁原理。本节对轴承零件的两种退磁方法原理做出说明，并在此基础上分析轴承交流退磁时的磁场衰减规律。 轴承零件的热退磁原理铁磁质加热到居里温度以上时，磁畴完全瓦解，成为普通的顺磁质。轴承零件的热退磁就是利用这一原理，将轴承零件加热到居里点以上，然后在无外场的条件下缓慢冷却到室温，从而消除轴承零件剩磁5。轴承套圈为环状工件，如果选择使用热退磁方式，退磁高温容易造成套圈金相组织变化、氧化、热应力以及变形

27、、断裂等不良影响。因此实际生产中一般不用这种方法对轴承退磁。2. 轴承零件的交流退磁原理生产实际中，一般采用交流退磁法对轴承零件退磁。基本方法是：控制退磁电流遵循某种合理的规律衰减至零值，对应退磁磁场使磁性材料的磁滞回线成为逐渐减小面积的多次闭合的曲线，通过这个磁化过程，将磁感应强度减小到零.。其退磁机理为：轴承零件在交变的多方向的磁场作用下，工件内部原来的磁畴定向排列被破坏，各分子电流的磁场紊乱后彼此抵消，使其原来的剩磁趋于零9。由安培环路定理知，当铁芯线圈匝数和磁路的长度一定时,磁场强度仅与电流成正比关系。因此一般采用衰减电流的方法来实现磁场的衰减。具体退磁原理简述如下： 一般铁磁物体的动

28、态磁滞回线如图2-2的1,2,3,4,5,6,7,1所示的封闭曲线10。图2-2 铁磁物体的动态磁滞回线与退磁过程曲线B-磁感应强度；H-磁场强度；Br0-剩磁感应(动态值)；Hcd-矫顽磁力(动态值 由图2-2可知，当磁场强度H由点l所对应的最大值Hm逐渐减小至零值时，磁感应强度B并未降至零值，而是沿曲线降至点2的Brd值。因此在加工轴承零件时，电磁夹具的励磁电流所产生的磁场突降为零值，将使轴承零件上残留较大的剩磁。欲使剩磁为零，必须在曲线的3点或7点处断电，即必须在磁场强度H值恰好为矫顽磁力值(士H)的瞬间断电。实际上这是无法实现的，但可以采用逐次逼近的方法，使剩磁值Brd趋近于零。具体过

29、程如下：从某一磁化周期开始，磁化电流所产生的磁场强度H从1点的对应值Hm开始向负方向变化。当越过矫顽磁力-Hcd后不再到达5点处，仅到4点处就开始正方向增加。这样，当曲线与纵轴相交，即H为零值时，剩磁为-Brd。显然，就绝对值而言，剩磁减小了。H值继续向正方向增加，交横轴于。可见，所需矫顽磁力值也减小了，即。限制电流的上升幅值到点处就开始向负方向回落，当H=0时，剩磁为Brd，同样有。可以看出：控制退磁电流按上述规律周期性衰减，剩磁感应就会随之减小。当电流衰减至零值时，剩磁Brd也就为零了，即消除了剩磁。生产实际中，运用交流退磁法对轴承零件退磁的一般思路是先用一个强磁场统一各个轴承剩磁的大小和

30、方向，然后使退磁磁场强度按一定规律衰减，逐渐减小轴承剩磁，直至达到轴承残磁技术要求。关于退磁磁场强度的衰减规律，在此做如下讨论：通过第一章第三节的分析发现，磁滞回线上的剩磁值Bri（i为开始衰减后的交流电流半波数，i=1,2,3）是由磁化的磁场强度H产生的。为了将Br退为零值，需施加矫顽磁力-Hci+1。对于非矩形磁滞回线的材料，总有以下关系式: 一般软磁材料的|Hci+1Hci |比值在l/10以下。硬磁材料的比值要大得多。 由于磁滞回线是一些相似的封闭曲线及|Hci+1Hci|比值的客观存在，将磁场按等比级数规律衰减最为合理。因为这种级数的收敛较快，可为压缩退磁时间提供有利条件。此级数的首

31、项是退磁磁场强度初值。其公比为K，称作磁场强度衰减比，其取值范围为:对于公比K< 1的级数来说，欲使其衰减至零值，需无限长时间，这显然是不现实的。对于退磁磁场强度的衰减，级数末项必须有大于零的固定取值。即只能取有限的项数n，衰减n次后即行断电。n的值要根据磨削轴承套圈时所使用电磁夹具的励磁电流大小确定。如：有资料显示，若轴承磨削使用MZ208 磨床，根据其电磁线圈的参数，可初选 n= 81511。在此基础上，设计一组矩形脉冲序列参数，在 MZ208 磨床上做对比实验，选取最佳衰减次数。另外，要想获得较好的退磁效果就必须选择合理的磁场强度衰减比K。生产实际中，磁场强度衰减比通常设置在1.3

32、61.3912之间。本课题将在此基础上通过模拟实验进一步分析和讨论磁场强度衰减比与退磁效果的关系。第3章 轴承交流退磁方法和退磁装备在设计实验方案时需要了解交流退磁的具体实施方法及所需装置。本章将就交流退磁实现方法和电路设计原理做出说明。§3.1 轴承的交流退磁方法对轴承套圈退磁一般采用交流退磁，本节主要介绍这种退磁方法的具体实现过程以及退磁时对磁场的要求。§ 交流退磁法交流退磁是在轴承套圈上加一低频交变磁场, 并使其振幅由某一最大值均匀减少到零的方法。具体实施时，交流退磁可分为直流磁场退磁和交流磁场退磁两种13。交流磁场退磁设备简单，容易掌握。但由于“集肤效应”的影响，没

33、有足够的穿透能力，无法消除零件内部的剩磁，只可用于工件的表层部分退磁。直流磁场退磁效果比交流磁场退磁效果好，但需专用的设备，以便改变电流的方向即磁场的方向，同时逐步递减电流强度。常用的交流退磁方法有以下几种：1.孔形线圈退磁法采用500010000安匝的线圈，接通220V、50Hz的电源，把工件穿过带有交流电的孔形线圈，然后移到轴向距离不小于1.5米处，再切断电源。2.U形(或口型或山型)线圈递减电流法这个孔形线圈带有开关和电流调整机构，退磁时把工件放到线圈的交流磁场中，工件可保持不动，通过控制调整机构达到消磁的目的。直到退磁工作全部完成，再将工件移走。3.交流磁退磁法交流磁轭法通常用于大型零

34、件退磁。将交流磁轭从零件表面上方通过，然后离开零件表面450毫米以外。这种退磁操作根据需要须重复进行多次，以覆盖整个零件表面。操作时要求沿着同一方向进行，一个退磁周期结束后再返回零件表面。如此反复几次以达到预定退磁效果。4.分档降低交流电流退磁法运用变阻器或时序控制电路实现交流电流的衰减。在使用分档降低交流电流法退磁时，逐次降低电流，每次降低值不超过前一次50%，分档应尽可能小，以便使零件获得良好的退磁效果。5.直流换向磁化法使用直流稳压电源和调压换向装置实现退磁磁场的衰减。退磁时，将工件放置于电磁铁的两磁极之间，其磁场很强，足以使工件达到磁饱和状态。然后以小的分档逐级降低磁场，每降一档切换一

35、次磁场方向，直到电流降到零为止。§3.1.2 退磁磁场特性及其参数的选择通常，退磁磁场的大小由以下原则来确定：若剩余磁化强度与退磁磁场的方向平行，为了达到完全磁中性化，退磁磁场的最大值应是试样矫顽力的35倍，若不满足互相平行的条件，退磁磁场则应高出试样矫顽力的10倍。而退磁磁场的最小值，应该比开始测试的磁场值还小。为保证磁感应强度均匀变化，退磁过程持续的时间也很重要。对于金属软磁材料厚度小于0.5mm时，持续时间选在12min即可；块料做成的试样，持续时间应适当加长；对于铁氧体试样，退磁时间选为5s。应用交流磁场进行磁中性化时，可能看到一种“视在磁中性化”的现象。这个现象是由“集肤效

36、应”产生的，它使材料的内层没有磁中性化，线度尺寸大于一定限度的试样，不能得到好的效果。为了提高磁中性化的质量，这时应该用低频交流磁场。当采用50Hz的交流磁场时，还应考虑在地磁场作用下产生理想磁化的可能性，这时试样的磁化变得非常容易，得到了与磁中性化相反的结果。所以对试样必须采取避免的磁场影响的措施，如条形试样就应使其长度垂直于地磁场的方向，而环形试样则应将环的平面垂直于地磁场。为获得良好的退磁效果，要求试样磁化强度的改变均匀而缓慢，以保证磁化强度矢量来得及重新分布。均匀降低磁场法退磁主要是在大电流下的退磁，不容易保证磁化强度均匀改变。而均匀降低磁感应法退磁主要是小电流下的退磁，容易保证磁化强

37、度均匀改变。§3.2 轴承退磁装备本节以连续退磁机为例简要介绍退磁机的结构，并在此基础上分析各种退磁电路的特点和所得退磁磁场的衰减原理。§3.2.1 连续退磁机的组成退磁机由退磁器和输送带组成14，见图3-1。退磁器由一个c型铁芯和两个励磁线圈组成。当两个励磁线圈通以工频电流（也可为矩形交变电流或振荡衰减电流）时，铁芯磁极间产生一个较强的交变磁场。当被退磁的零件以适当的速度通过时，零件在交变的多方向的磁场作用下，使工件内部的磁畴定向排列被破坏，各分子电流的磁场紊乱后彼此抵消。使其原来的剩磁减少，以至趋近于零，从而达到退磁的目的，退磁器的外壳、上盖应用不导磁材料制作而成。励磁

38、线圈采用玻璃纤维双包扁铜线绕制、白纱带包扎，绝缘清漆浸沾后烘干。C型铁芯采用硅钢片冲压成型后叠制而成。退磁器的磁场强度与励磁线圈的导线截面积、匝数、电压以及C型铁芯的材料、截面积和长度有关15。输送带有一对不导磁的带轮和一条耐油橡胶带组成，从而避免把磁性带给其他零部件。图3-1 退磁机简图1.下料板 2.退磁带轮 3. 退磁传动链轮 4. 退磁输送带5.退磁器外壳 6.C型铁芯 7.励磁线圈 8.工件 9.工作台§3.2.2 常用退磁电路 工频交流退磁装置这种电路直接以正弦交流电作为励磁电源，具有简单实用的特点，在轴承生产中被广泛采用。但退磁过程不易保持一致，且能源利用率低，功耗大，

39、容易产生线圈过热现象16。其基本工作原理如下：给退磁线圈通以50Hz的工频交流电，线圈中将产生一个同频率交变磁场，且距线圈越远，磁场强度越小。用这种电路退磁时，线圈固定，轴承套圈由传送带输送，匀速通过线圈上方。套圈从磁场中心移动到磁场边缘的这段时间内，磁场强度逐渐趋于零，套圈剩磁逐渐减小。设置合理交流电压幅值和传送带速度，就可将轴承套圈残磁控制在技术要求范围内。 R-L-C退磁电路该退磁电路以R- L- C放电回路（衰减震荡电路）为基础，利用充电电容瞬时放电，在磁感应线圈中形成的极强脉冲磁场，实现轴承套圈磁。该装置是退磁机的常用装置，同时也可用作在机退磁装置，可减少生产环节。与工频交流退磁装置

40、相比，这种装置电能损耗低,退磁质量好。 基本工作原理如图3-2退磁电路简图所示，电容通过一定幅度的电源充电，把电能储存在电容器中，然后使电容瞬间放电，使负载得到很大的功率，当充电电容C对L、R放电时，电路中便会出现阻尼震荡的现象。图3-2 退磁电路简图放电回路中的充电电流的幅值按指数函数(= R /2L )衰减,铁芯线圈电流的振荡频率： （3-1） 如图3-3所示，铁芯线圈电流是以从大到小、方向交变的方式衰减的17。由环路定理可知，当铁芯线圈匝数和磁路的长度一定时，磁场强度仅与电流成正比关系。因此，铁芯线圈中就能得到一个强度和铁芯线圈电流变化一致的交变磁场，这个交变磁场就是所需的退磁磁场。图3

41、-3 磁场波形图 典型电气结构 如图3-4所示，当接通电源时，电源便通过由二极管D1、D2和电容器C1、C2组成的被压整流电路，使C1、C2分别充电至交流电压峰值，C1、C2串联后的总电压是电源峰值电压的二倍，此时氖泡指示灯ND亮，表示充电完毕。退磁时，将工件置于铁芯上，按下按钮AQ，继电器得点吸合，其常闭触点J1、J3断开，切断电源和电容间的通路，同时常开触点J2、J4闭合，使电容与铁芯线圈构成回路，成为LCR衰减震荡电路18。图3-4 R-L-C退磁装置电气原理图由于退磁装置退磁时，线圈仅工作在瞬时通电状态，因此高达二倍工作电源 的电压对线圈放电也不会发热，并且最大退磁电流也增加

42、了二至三倍，取得了增强退磁能力的效果。直流换向退磁电路 该电路以矩形脉冲电压为励磁电压，具有电能损耗低，生产效率高的特点。电路一般由时序控制电路/调压换向电路输出输人接口电路及电源电路组成。 基本原理给铁心线圈通一组方向交替变换、幅值逐渐递减至零的脉冲电压，退磁线圈中出现方向交替变换、幅值逐渐递减到零的电流，此时退磁装置中产生极性交替变化、强度逐渐递减至零的磁场，套圈因此在退磁装置中退磁。就波形的整体变化情况而言，它具有交流电正反交变的特性，故可使铁心线圈产生交变磁场。从单个脉冲工作情况分析，它又具有直流特性，可有效减小线圈的感抗，使线路损耗和铁损减小，降低电能损耗19。 退磁电源的有关参数脉

43、冲长度退磁线圈是感性负载，确定脉冲长度时应首先知道退磁线圈的直流响应时间。一般退磁线圈的直流响应时间可以计算出来，也可以通过脉冲示波器测量出来。为了减少误差，我们采用实际测量的办法，将不同的电压与退磁线圈接通，在示波器上观察电流达到所要求幅值时的时间20。正反脉冲的时间间隔正反向脉冲的时间间隔是指在两个不同向的脉冲之间确定一段不对线圈供电的时间，用于线圈释放存储的磁能，并防止换向时电源短路。该参量仅与线路安全有关与退磁效果无关。正反脉冲的时间间隔取决于退磁线圈的零断电响应时间。在示波器上观察退磁线圈不同压时的零断电响应时间，为保证正反脉冲换向时安全可靠，按实测零断电响应时间的1.5倍确定正反脉

44、冲的时间间隔。每一个脉冲的电压幅值 根据退磁电压初始值和磁场衰减比计算得出。矩形脉冲波退磁装置该退磁装置与直流换向退磁装置原理类似，用矩形脉冲波代替正弦波交流电作交流励磁电源21。不同的是该装置使用的是一组正反交替变化、幅值一致、脉冲宽度逐渐减小的矩形脉冲序列，退磁装置中因此而产生极性交替变化、强度逐渐衰减至零的磁场，从而使套圈的剩磁逐渐降至最低。第4章 轴承退磁模拟实验前两章对轴承零件的退磁原理和退磁方法作了简要说明。本章主要说明实验的设计思路和实验结果。§4.1 实验相关参数说明为获得良好的退磁效果，退磁磁场强度的改变需均匀而缓慢，以保证磁场强度矢量来得及重新分布。影响退磁效果的

45、主要参数有：退磁时间、磁场强度幅值初始值、退磁磁场强度终值（或退磁磁场正反交变次数）、磁场强度衰减比。其中磁场强度衰减比是本课题讨论的主要内容。下面对以上四个参数做简要介绍： 退磁时间：通常，采用工频交流退磁时，退磁时间为24s。退磁时间较少时，退磁效果较差；退磁时间较长，则能耗大，生产效率低。若采用在机退磁，退磁时间可根据加工工序时间分配设定。如利用电磁无心夹具对轴承套圈退磁：在一个磨削加工循环内，从上料开始到磨削完毕砂轮开始退出这段时间,轴承套圈需要电磁夹具夹紧，此时电磁夹具的线圈处于工作状态。从砂轮退出到下料结束这段时间，套圈不需夹紧，电磁夹具线圈不工作。为不影响生产效率，退磁就可安排在

46、砂轮退回到套圈下料的约2s时间内进行。实际生产中，也有很多加工与退磁同时进行，或利用逻辑电路控制衰减磁场而压缩退磁时间的机械装备。由于本实验研究的是磁场衰减比与退磁效果的单值函数，因此没有对退磁时间加以限定。 磁场强度幅值初始值：理论和实践证明，退磁交变磁场的峰值过小就无法打乱轴承材料内部磁畴原来的排列，出现退磁不彻底的现象，其峰值越大，退磁效果也就越好。而磁场强度与产生它的电流成正比，因此退磁用线圈的电流峰值也越大越好。但是，退磁装置常设置为连续、长时间的工作方式。为防止线圈过热，设计时必须采用较低的电流。由第二章第二节的分析可知：随着退磁电流的取值不同，同一轴承的磁滞回线是若干相似的封闭曲

47、线。最大的曲线只有一条，即饱和磁滞回线。通常轴承退磁电流的磁滞回线可设计为饱和磁滞回线内的任一条。生产实际中，由于电磁夹具工作时的最大磁场感应强度远离饱和区，对轴承退磁时，磁场强度幅值只需略大于励磁磁场强度，就能克服轴承材料内磁畴遇到的最高势垒，实现磁矩的重新取向。设计交流退磁装置的参数时，可以依据这一原理设置磁场强度幅值初始值。本课题的模拟实验时，励磁电压为40v，退磁最高电压为60v。 退磁磁场强度终值根据公式，知B与H成正比。因此可根据轴承的最大残磁强度确定退磁磁场强度终值（退磁电流终值）。其中B为磁介质的磁感应强度，H为磁场强度，为磁介质的绝对磁导率，但不是常数，且与所经历的磁化历史有

48、关，即不是状态的单值函数。对轴承套圈退磁时，一般采用经验值In=0.5mA。确定退磁磁场强度初始值和终值后，利用所设置的磁场强度衰减比就可求出退磁磁场正反交变次数k。受实验设备的限制，本实验将退磁电压终值设置为0.5v。 磁场强度衰减比磁场强度衰减比选得小，退磁磁场正反交变次数k自然就大，退磁效果就好，但退磁所用的时间长。若选得大，k就小，磁滞回线有可能回不到原点，退磁效果就差。要想得到理想的退磁效果，就需合理地选择k和。本课题的主要目的就是寻求退磁效果最好的磁场衰减比。§4.2 实验方法和思路 本实验要求简单易行，结果可靠。比较第三章第二节的五种退磁方法，选择U形(或口型)线圈递减

49、电流法。对比第三章第三节的四种退磁电路，直流换向退磁电路所用设备简单，人为因素对退磁效果的干扰较少，因此选择这种电路做模拟实验。在轴承四大件中，轴承套圈的加工剩磁来源最多，其退磁最复杂，退磁效果对轴承性能影响最大，因此本实验选用6205轴承内圈做退磁样本。 实验器材直流电源一个（60 V），双刀双掷开关一个，简易退磁机一个，磁性检测仪一个，6205轴承套圈10个，导线若干。 实验装置原理图 图4-1 实验电路原理图说明：双刀双掷开关可实现退磁电流的换向，实验时将退磁装置接在图4-1中的感性元件处。图4-2 退磁装置图 实验原理退磁磁场各参数的选择见上节。在确定脉冲长度和正反脉冲的时间间隔时，应

50、首先测定电磁线圈的直流响应时间和零断电响应时间。但由于本实验为手动操作，无法精确计算响应时间的影响，因此实际操作时将脉冲长度和正反脉冲的时间间隔都设置为1s。实际操作时动作尽量放缓，使电流值稳定在预定值上即可。电源电压和电路电流变化如图4-3 所示：图4-3 电源电压和电路电流变化图 实验方法设置十一种磁场强度衰减比（2.0,1.9,1.8,1.7,1.6,1.5,1.4, 1.35,1.3,1.2,1.1），根据初始电压幅值计算各个电压峰值，如表4-2所示。按照计算得出的电流（或电压）序列在实验装置上对轴承套圈退磁，检测退磁后的轴承残磁并作详细记录。在多次实验的基础上，比较各组轴承残磁的大小

51、并排除偶然因素的干扰，总结出实验结果。 轴承残磁的检测生产实际中，可使用大头针、指南针、测磁器等较为简单的方法检查退磁效果。但本实验需要对残磁进行定量检测，必须使用霍尔元件的高斯计以及有特殊传感元件的磁通计来完成。因此实验选用残磁测量仪进行残磁检测。 实验步骤按照实验装置原理图连接实验电路。检查实验电路是否正确，实验装置隔磁是否符合标准。检查无误后将一组交流退磁后的轴承套圈放在退磁机上用40v电压激磁。将直流稳压电源电压调至60v，按下退磁机开关，通电1s后断开。将交换电路正负极，使电路电压反向，调节电源电压至退磁电压序列的第一个值后，按下退磁机开关，通电1s后断开。重复操作，使电源电压按表4

52、-1，逐渐衰减至第三、四······K个幅值后，关闭电源。用磁性检测仪检测退磁后轴承残磁，并记录。将这组轴承交流退磁，统一实验初始条件。重复操作，完成对十五组轴承套圈的退磁和残磁检测。表4-1 各磁场衰减比对应电压幅值序列磁场衰减比电压幅值序列(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 实验分析与结论根据实验方法分组对轴承退磁，实验结果如表4-2所示。由表4-3可以看出所选用的磁场衰减比在1.351.5范围内时，轴承套圈残磁最小，退磁效果最好。由本章第二节的分析可知，理论上磁场衰减比越小退磁效果越好，但实际结果并非如此。为进一步找出造成这种结果的原因，设计在同一衰减比下对多组轴承套圈进行退磁。实验发现所选用的磁场衰减比为1.1，1.2，1.3时，各组轴承套圈残磁差异很大。分析实验装置和直流换向电路的性质，原因有以下几点：直流换向退磁的退磁过程不易保持一致，实验重复性差，且磁场衰减次数越多，稳定性越差。本试验中选取的各组电压序列是根据退磁电压初始值和磁场衰减比进行近似计算得出的，电压序列越长对动态磁滞回线的破坏越大，因此退磁效果越差。本实验中，磁场衰减比越小，退磁时间越长，人为因素的干扰增多，影响退磁效果。电磁线圈是感性元件，磁场衰减次数增多，可能会影响其磁场变化，给退磁造成干扰。表4-2 磁场衰减比与退磁后轴承残磁对照表磁场衰减比残磁值/mT上端面下端面滚道内圆面1.12.41.61.40.80.50.70.80.30.70.60.