调磁体直线型相交轴磁齿轮动力学分析

发布时间：2020-10-20 12:55

　　 调磁体直线型相交轴磁齿轮除了具备传统磁齿轮无接触、无磨损、无需润滑和过载保护等优点外,还具有永磁体利用率高、转矩密度大的优点,在医药、化工、车辆、食品等领域具有良好的应用前景。基于磁场调制原理,采用电磁学仿真软件Ansoft Maxwell对传动系统进行了有限元分析,得到了机构磁通密度的矢量分布情况,求出了传动系统的磁耦合刚度。基于提出的动力学假设建立了调磁体直线型相交轴磁齿轮传动系统动力学模型和动力学微分方程组,对系统模态进行求解,分析得到了3个扭转模态和3个横向振动模态,讨论了传动系统典型参数对系统模态频率的影响变化规律。建立了调磁体直线型相交轴磁齿轮传动系统强迫振动微分方程组,推导了输入端转矩波动激励和输出端转矩波动激励频率接近系统各阶固有频率时的系统响应公式,分析了系统发生共振时的响应规律,当共振发生时只有共振频率对应的模态自由度位移比较大,而其它位移相对较小。建立了调磁体直线型相交轴磁齿轮传动系统参数振动微分方程组,采用多尺度法推导了外部激励频率接近系统固有频率时的主共振响应公式,以及外部激励频率接近系统固有频率与磁耦合刚度啮合频率的组合频率时系统的组合共振响应公式,分析了系统发生主共振和组合共振时的响应规律,得到了无论主共振还是组合共振发生时其主导频率均为系统固有频率的结论。搭建了实体样机的模态试验平台,通过对调磁体直线型相交轴磁齿轮传动系统实体样机的调试,完成了样机固有频率测试,通过实验测试结果和解析法计算结果的对比,验证了理论计算的合理性。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH132.41
【部分图文】：

入转子永磁体 2、输入转子背铁 3、永磁体 4、输出转子永磁体 5、输出图 1-1 调磁体直线型相交轴磁齿轮拓扑结构调磁体直线型相交轴磁齿轮已进行了传动机理的分析与仿真，已构件间磁耦合刚度表现出明显的非线性，系统动力学行为复杂轴磁齿轮的传动性能很大程度上受其动力学特性的影响。国内型磁齿轮动力学研究及振动控制较少，所以建立本课题的调磁轮传动系统动力学模型，研究其强迫振动、参数振动等动力学行可为其他磁场调制型磁齿轮提供参考，也可为后续动力学性能进据。轮机构发展与应用力齿轮的研究初期，机械齿轮的拓扑结构给了相关学者灵感，国相似的磁力齿轮结构。在传动方式上两者又有区别，机械齿轮主

本学者 IkutaK 和 MakitaS等人提出一种将其用于微传动，包括外啮合式和内啮合证。Tsurumoto K 和 Kikuchi S[6]在 1987 年磁，该机构渐开线形状的永磁体按环形排可达 5.5N·m，随后 Tsurumoto K[7-9]对该磁Ikuta K 和 Makita S 等人[10]研制了一种行了实验评估。传动机构采用径向充磁，在前景。对比机械锥齿轮结构，Yao,Y.D 和 H的伞型磁性齿轮[11]，对同磁极的两垂直磁究，结构图如图 1-2 所示；KikuchiS 和 T机构样机，通过实验测量了该机构的径向运动和动力，且蜗杆承载的轴向力较大，其转矩密度达到 1.2kN m/m3，结构图如图

在相交轴磁齿轮机构的研究方面，G.Muruganandam提出相交轴磁锥齿轮机构，有限元结果表明，该磁锥齿轮机构较相交轴机械锥齿轮可传递更大的转矩，同时为机械锥齿轮向磁锥齿轮的转变提供了理论依据，但由于其拓扑结构的限制，传动过程中永磁体利用率较低，实用性不高。上述磁齿轮机构由于没有机械齿轮轮齿的直接接触啮合，代之以磁场耦合力，这就解决了机械啮合引起的很多问题，但结构仍是简单，经过分析很快就会发现，在运行过程中，这些磁齿轮参与转矩传递的永磁体利用率较低，转矩密度较小[13]。为此，RensJ 和ClarkR 等人[20]类比机械谐波齿轮，提出了一种新型谐波磁齿轮。该机构主要由外部定子、内部高速转子和中间柔性低速转子三部分组成，运行原理与机械谐波齿轮类似，由于产生有效作用的永磁体不止一对，因此转矩密度可达110kN·m/m3，转矩波动也较小，但这种磁齿轮机构在启动过程中，需要很大的力矩。运行这程中，其低速转子会发生变形，制造成本将会大幅增加，也容易产生故障。随后，RensJ 等人[21]又对谐波式磁齿轮加以优化，并制造样机进行试验验证，优化后传递转矩密度可达 150kN·m/m3，在高传动比的应用场所得以应用。行星轮定子y磁力行星轮磁力太阳轮
【参考文献】

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本文编号：2848707