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永磁轴承的设计与力学特性分析

作　者: 朱美丽
导　师: 杨静
学　校: 西安理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 磁悬浮磁路设计有限元法承载力等效磁路
分类号: TH133.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 275次
引　用: 2次
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内容摘要

磁悬浮轴承具有运转速度高、噪声小、功耗低、寿命长、隔振等优点。永磁轴承具有结构简单、体积小、重量轻、可靠性高、反应时间常数小、造价低廉、几乎无能耗等优点。我国有丰富的稀土资源,开发用于承载主载荷的永磁轴承无疑具有得天独厚的优势,而且有很好的发展前景。改善电磁轴承磁力非线性最常用的方法是在轴承气隙中提供一个偏置磁场,一种是利用轴承线圈的偏置电流产生,另一种则是利用永磁体产生。利用永磁体为电磁轴承提供偏置磁场,不仅可以减小轴承发热,而且可以简化轴承结构,本文首先针对一种永磁偏置径向磁轴承,详细介绍其工作原理,并利用等效磁路法建立了该轴承的磁浮力的数学模型,利用ANSYS有限元软件对此轴承进行二维与三维有限元仿真,很好的验证了磁悬浮机理的正确性,同时也确定了该方法计算的可靠性。在此基础上,给出了一套规范的永磁偏置磁轴承的设计与计算方法。为该磁轴承的设计提供了理论依据。本文利用等效磁荷法建立了双环永磁轴承的磁力模型,在此基础上,分析了双环永磁轴承在发生轴向偏移或径向偏移的情况下,轴承的径向、轴向承载力;以及轴承的轴向与径向的藕合特性。同时,论文借助于有限元软件ANSYS对双环永磁轴承进行轴向与径向承载力进行分析与计算,验证了等效磁荷法计算的正确性与可靠性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 前言  8-14
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 磁悬浮轴承的国内外现状  9-10
  1.3 磁悬浮技术的发展趋势  10
  1.4 有限元法的发展和现状  10-12
  1.5 论文工作的主要内容  12-14
    1.5.1 论文的提出  12
    1.5.2 论文的主要工作  12-13
    1.5.3 论文内容安排  13-14
2 永磁偏置磁悬浮轴承结构设计与研究  14-26
  2.1 磁轴承基本工作原理  14
  2.2 径向永磁偏置磁轴承的结构  14-17
  2.3 径向永磁偏置磁轴承基本工作原理  17-18
  2.4 永磁偏置磁轴承设计  18-22
    2.4.1 基本设计变量选择  19
    2.4.2 永磁回路设计  19-20
    2.4.3 电磁回路设计  20-22
    2.4.4 混合磁轴承动特性  22
  2.5 永磁偏置磁轴承设计实例  22-24
    2.5.1 径向电磁回路的计算  22-23
    2.5.2 轴向永磁回路的计算  23-24
  2.6 混合磁轴承动特性  24-25
  2.7 结论  25-26
3 永磁偏置磁轴承有限元分析  26-38
  3.1 磁场有限元方法  26
  3.2 磁场的矢量磁位及微分方程  26-27
  3.3 矢量磁势的边界条件  27-28
  3.4 电磁场有限元法的求解  28
  3.5 永磁偏置磁轴承有限元分析实现  28-37
    3.5.1 前处理  28-29
    3.5.2 求解  29-30
    3.5.3 后处理  30-37
  3.6 结论  37-38
4 永磁环的承载能力计算与有限元分析  38-52
  4.1 磁荷法计算永磁磁场  38-40
    4.1.1 磁荷现象  38
    4.1.2 点磁荷  38
    4.1.3 磁库仑定律  38-39
    4.1.4 磁场强度矢量  39-40
  4.2 两永磁环作用力的数学模型  40-43
  4.3 两永磁环作用力的数值计算  43-46
    4.3.1 两磁环共轴时，轴向力与轴向间隙的变化  43-44
    4.3.2 两磁环轴线平行，轴向间隙不变，轴向力、径向力与径向偏移量的变化关系  44-46
  4.4 永磁轴承的分类  46
  4.5 承载能力的有限元分析验证  46-50
    4.5.1 有限元结构建模与分析  46-48
    4.5.2 数学计算与有限元分析结果对比分析  48-50
  4.6 结论  50-52
5 全文总结与展望  52-54
  5.1 本文的主要工作和贡献  52
  5.2 研究工作展望  52-54
致谢  54-56
参考文献  56-58
附录  58-64
读硕士学位期间发表的论文  64

永磁轴承的设计与力学特性分析

内容摘要

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