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磁悬浮风机轴承磁特性及承载能力分析研究

发布时间:2017-10-25 11:41

  本文关键词:磁悬浮风机轴承磁特性及承载能力分析研究


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【摘要】:现今科技的高速发展对机械工程产品的精度、效率、能耗、经济实用等要求越来越高。磁悬浮轴承是靠永磁体或者电磁铁产生的磁力而实现转子悬浮的,具有无油污污染、无机械摩擦、低能耗、高效率、维护方便等众多优点,这非常适应当今的需要。目前,耗能大户风机大多使用传统普通轴承,其承载大且受力不平衡,对风机的运行、维护和使用寿命等影响较大,磁悬浮轴承的出现能够较好的改善这些问题。所以,对磁悬浮风机轴承的结构、特性与承载能力分析研究就比较实用且有意义。本论文针对当前风机传动组轴承支承的需要,设计了一种新型组合磁悬浮轴承并且对其特性进行了分析。首先对磁学原理和磁性材料进行分析,根据性能要求选用了高性能的钕铁硼材料。通过对磁化方式的分析,采用了轴向磁化的结构方式,根据风机参数的需要对磁轴承的结构进行分析,并设计了一种径向与锥形组合的永磁轴承。同时运用磁路法对轴承的磁路进行了设计。其次采用Pro/ENGINEER软件对其进行了三维建模,同时利用ANSYS Maxwell有限元软件对设计的轴承进行了承载特性与磁特性的分析与研究,并且与使用等效磁荷法的理论分析进行对比。通过对磁悬浮轴承进行有限元分析,得到磁场强度H和磁力线的分布及磁感应强度B的大小,明确了磁环厚度、磁环个数、磁环宽度和偏移量等与承载力特性的关系,从而完善了磁轴承结构。最后根据上述分析及风机传动组的承载要求,选用永磁悬浮轴承,并选定六种支承方案进行对比分析,从中确定组合永磁轴承与球轴承配合的支承方式,并对组合永磁轴承进行有限元分析,其分析结果与磁路理论计算结果进行对比,验证了所设计的磁路比较合理,磁悬浮轴承能满足风机的要求。本论文所进行的磁悬浮轴承设计及分析可为工业用风机的应用提供一定的参考。
【关键词】:磁悬浮轴承 风机 有限元 特性 支承方式
【学位授予单位】:辽宁科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TH133.3;TH43
【目录】:
  • 中文摘要5-6
  • ABSTRACT6-10
  • 1. 绪论10-16
  • 1.1 课题研究背景10
  • 1.2 磁悬浮轴承技术简介10-11
  • 1.3 国内外磁悬浮技术的发展概况11-13
  • 1.3.1 国外技术的发展11-13
  • 1.3.2 国内技术的发展13
  • 1.4 磁悬浮技术的应用与发展趋势13-14
  • 1.5 风机技术概况14-15
  • 1.6 本课题研究的主要内容及方法15-16
  • 2. 磁悬浮轴承的分析与设计16-32
  • 2.1 永磁轴承16-18
  • 2.1.1 磁悬浮轴承的分类16
  • 2.1.2 永磁轴承的基本结构16-18
  • 2.1.3 永磁轴承的工作原理18
  • 2.2 永磁材料及其特性18-21
  • 2.2.1 磁环的材料18-19
  • 2.2.2 永磁材料的主要参数19-20
  • 2.2.3 永磁材料20-21
  • 2.3 磁路设计与分析21-25
  • 2.3.1 永磁材料的选用21-22
  • 2.3.2 永磁体的磁化方式分析22-24
  • 2.3.3 永磁体长度与气隙的关系24-25
  • 2.4 径向永磁轴承的结构设计25-30
  • 2.4.1 选择轴承的结构形式25-26
  • 2.4.2 初定结构尺寸26
  • 2.4.3 永磁回路设计26-30
  • 2.5 本章小结30-32
  • 3. 磁悬浮轴承建模32-38
  • 3.1 组合永磁悬浮轴承的结构32-34
  • 3.2 Pro/ENGINEER软件简介34-35
  • 3.3 磁悬浮轴承的实体建模35-37
  • 3.4 本章小结37-38
  • 4. 磁悬浮轴承的特性研究38-61
  • 4.1 永磁轴承磁力特性分析38-43
  • 4.1.1 磁荷法计算磁场基础38-40
  • 4.1.2 磁轴承承载特性的数学模型40-43
  • 4.2 磁悬浮轴承的有限元分析43-46
  • 4.2.1 磁场的有限元方法43-44
  • 4.2.2 电磁场有限元ANSYS Maxwell软件简介44
  • 4.2.3 有限元分析理论44-46
  • 4.3 承载能力的有限元分析46-50
  • 4.3.1 前处理46-49
  • 4.3.2 求解计算49
  • 4.3.3 后处理49-50
  • 4.4 磁悬浮轴承承载特性研究50-57
  • 4.4.1 磁环个数与承载特性关系的分析50-52
  • 4.4.2 磁环厚度与承载特性关系的分析52-53
  • 4.4.3 磁环径向宽度与承载特性关系的分析53
  • 4.4.4 偏移量与承载特性关系的分析53-57
  • 4.5 磁场分布的研究57-60
  • 4.6 本章小结60-61
  • 5. 磁悬浮轴承在风机中的支承方案分析61-71
  • 5.1 磁悬浮支承方式在风机中应用61-62
  • 5.2 风机用磁悬浮轴承的支承方式62-67
  • 5.2.1 方案一62
  • 5.2.2 方案二62-63
  • 5.2.3 方案三63-64
  • 5.2.4 方案四64-65
  • 5.2.5 方案五65
  • 5.2.6 方案六65-67
  • 5.3 辅助轴承67
  • 5.4 组合永磁轴承磁场的有限元分析67-69
  • 5.5 磁路合理性验算69
  • 5.6 组合永磁轴承在风机中的载荷分析69-70
  • 5.7 本章小结70-71
  • 6. 结论与展望71-73
  • 6.1 结论71-72
  • 6.2 展望72-73
  • 参考文献73-75
  • 致谢75-76
  • 作者简介76-77


本文编号:1093587

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