磁场调制型相交轴磁齿轮传动机理及参数优化
发布时间：2021-03-20 18:09
基于磁场调制机理,本文提出了一种相交轴磁齿轮传动机构,不仅具有传统磁锥齿轮无接触、无需润滑、过载自我保护等优点,还具有永磁体利用率高、可传递转矩大的优点。由于该机构中调磁体采用直线结构,机构体积小,使该机构具有较高的转矩密度。基于磁场调制机理及相交轴磁齿轮机构的拓扑结构推导了设计参数约束关系,采用电磁学仿真软件Ansys Maxwell建立了该机构三维参数化有限元模型,分析得到了机构磁通密度的矢量分布情况,计算了各气隙中间位置磁场径、切向磁密的空间谐波次数,以及输入、输出转子的静态转矩及谐波次数,得到了输入、输出侧气隙磁场主谐波次数,输入、输出转子上转矩主谐波次数均分别与输入、输出转子上永磁体极对数相等的结论,揭示了该机构的传动机理。利用Ansys Maxwell软件有限元仿真分析了磁齿轮机构各主要设计参数对输出转矩及机构转矩密度的影响规律,确定了各主要参数的取值范围。基于Isight参数优化软件建立了该磁齿轮机构主要设计参数与优化目标间的响应面近似模型,利用非支配排序遗传算法在近似模型中自主寻优,获得了磁齿轮机构的最优结构参数。对磁场调制型相交轴磁齿轮机构样机进行了设计、加工和调试,...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁场调制型相交轴磁齿轮拓扑结构
验模型加以验证，测得模型所传递的力距最高可达 33 N·m，扭矩密度可83N·m/L，与其他高性能磁齿轮相比极具优势。以上磁齿轮机构运行机理与机械齿轮基本相同，结构较为简单，但由于利用耦合力代替了机械齿轮轮齿的直接接触啮合，从而解决了机械啮合引起的很多。然而，经过分析不难发现，这些磁齿轮机构在运行过程中，参与转矩传递的体很少，永磁体利用率较低，导致所能传递的转矩及转矩密度较小，为解决该，Rens J 和 Clark R 等人[18]基于机械谐波齿轮的运行机理，提出了一种新型谐波轮，如图 1-3 所示，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分组成，由于传动过程中半数以上的永磁体可参与转矩的传递，因此转矩密度 110kN·m/m3，转矩波动也较小，但这种磁齿轮机构也具有其缺点，如容易受到载荷冲击、易变形、启动力矩大以及最小传动比较大等。随后，Rens J 等人[19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50kN·m/m3，特别适用于需要高传动比的应用场所。外部定子
验模型加以验证，测得模型所传递的力距最高可达 33 N·m，扭矩密度可83N·m/L，与其他高性能磁齿轮相比极具优势。以上磁齿轮机构运行机理与机械齿轮基本相同，结构较为简单，但由于利用耦合力代替了机械齿轮轮齿的直接接触啮合，从而解决了机械啮合引起的很多。然而，经过分析不难发现，这些磁齿轮机构在运行过程中，参与转矩传递的体很少，永磁体利用率较低，导致所能传递的转矩及转矩密度较小，为解决该，Rens J 和 Clark R 等人[18]基于机械谐波齿轮的运行机理，提出了一种新型谐波轮，如图 1-3 所示，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分组成，由于传动过程中半数以上的永磁体可参与转矩的传递，因此转矩密度 110kN·m/m3，转矩波动也较小，但这种磁齿轮机构也具有其缺点，如容易受到载荷冲击、易变形、启动力矩大以及最小传动比较大等。随后，Rens J 等人[19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50kN·m/m3，特别适用于需要高传动比的应用场所。外部定子
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用端部漏磁的磁场调制式永磁齿轮[J]. 谢颖,吕森. 微特电机. 2015(05)
[2]磁场调制式永磁齿轮气隙磁密数理模型建立及其运行机理分析[J]. 葛研军,刘艳龙,赵鹏,周凯凯. 机械传动. 2014(07)
[3]新型磁齿轮复合电机的设计与分析[J]. 蒋一诚,刘国海,赵文祥,孙龙纲,蒋婷婷. 微电机. 2014(03)
[4]磁场调制型磁齿轮机构转矩特性有限元分析[J]. 袁晓明,郝秀红,杜冰,张立杰. 燕山大学学报. 2014(01)
[5]机电集成超环面传动系统参数振动研究[J]. 郝秀红,朱学军,许立忠. 振动与冲击. 2013(22)
[6]国内齿轮研究现状及问题研究[J]. 赵韩,吴其林,黄康,邱明明,刘鹏. 机械工程学报. 2013(19)
[7]磁齿轮拓扑分析及其应用综述[J]. 宁文飞,包广清,王金荣. 机械传动. 2012(02)
[8]齿轮发展研究综述[J]. 王丽娟,黄清世,邹雯. 机械研究与应用. 2008(01)
[9]无接触永磁齿轮传动机构发展综述[J]. 王虎生,侯云鹏,程树康. 微电机. 2008(02)
[10]机电集成超环面传动集成原理和磁力分析[J]. 许立忠,蔡毅. 机械设计与研究. 2006(01)
博士论文
[1]永磁行星齿轮传动系统动力学研究[D]. 朱学军.燕山大学 2012
硕士论文
[1]磁场调制式永磁齿轮结构分析与性能研究[D]. 吴重熙.大连交通大学 2015
[2]新型磁场调制式磁齿轮的设计与研究[D]. 吕森.哈尔滨理工大学 2015
[3]磁场调制型磁性齿轮的研究[D]. 林佳.哈尔滨工业大学 2012
[4]永磁磁力耦合器结构与特性研究[D]. 彭科容.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3091435
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁场调制型相交轴磁齿轮拓扑结构
验模型加以验证，测得模型所传递的力距最高可达 33 N·m，扭矩密度可83N·m/L，与其他高性能磁齿轮相比极具优势。以上磁齿轮机构运行机理与机械齿轮基本相同，结构较为简单，但由于利用耦合力代替了机械齿轮轮齿的直接接触啮合，从而解决了机械啮合引起的很多。然而，经过分析不难发现，这些磁齿轮机构在运行过程中，参与转矩传递的体很少，永磁体利用率较低，导致所能传递的转矩及转矩密度较小，为解决该，Rens J 和 Clark R 等人[18]基于机械谐波齿轮的运行机理，提出了一种新型谐波轮，如图 1-3 所示，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分组成，由于传动过程中半数以上的永磁体可参与转矩的传递，因此转矩密度 110kN·m/m3，转矩波动也较小，但这种磁齿轮机构也具有其缺点，如容易受到载荷冲击、易变形、启动力矩大以及最小传动比较大等。随后，Rens J 等人[19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50kN·m/m3，特别适用于需要高传动比的应用场所。外部定子
验模型加以验证，测得模型所传递的力距最高可达 33 N·m，扭矩密度可83N·m/L，与其他高性能磁齿轮相比极具优势。以上磁齿轮机构运行机理与机械齿轮基本相同，结构较为简单，但由于利用耦合力代替了机械齿轮轮齿的直接接触啮合，从而解决了机械啮合引起的很多。然而，经过分析不难发现，这些磁齿轮机构在运行过程中，参与转矩传递的体很少，永磁体利用率较低，导致所能传递的转矩及转矩密度较小，为解决该，Rens J 和 Clark R 等人[18]基于机械谐波齿轮的运行机理，提出了一种新型谐波轮，如图 1-3 所示，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分组成，由于传动过程中半数以上的永磁体可参与转矩的传递，因此转矩密度 110kN·m/m3，转矩波动也较小，但这种磁齿轮机构也具有其缺点，如容易受到载荷冲击、易变形、启动力矩大以及最小传动比较大等。随后，Rens J 等人[19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50kN·m/m3，特别适用于需要高传动比的应用场所。外部定子
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用端部漏磁的磁场调制式永磁齿轮[J]. 谢颖,吕森. 微特电机. 2015(05)
[2]磁场调制式永磁齿轮气隙磁密数理模型建立及其运行机理分析[J]. 葛研军,刘艳龙,赵鹏,周凯凯. 机械传动. 2014(07)
[3]新型磁齿轮复合电机的设计与分析[J]. 蒋一诚,刘国海,赵文祥,孙龙纲,蒋婷婷. 微电机. 2014(03)
[4]磁场调制型磁齿轮机构转矩特性有限元分析[J]. 袁晓明,郝秀红,杜冰,张立杰. 燕山大学学报. 2014(01)
[5]机电集成超环面传动系统参数振动研究[J]. 郝秀红,朱学军,许立忠. 振动与冲击. 2013(22)
[6]国内齿轮研究现状及问题研究[J]. 赵韩,吴其林,黄康,邱明明,刘鹏. 机械工程学报. 2013(19)
[7]磁齿轮拓扑分析及其应用综述[J]. 宁文飞,包广清,王金荣. 机械传动. 2012(02)
[8]齿轮发展研究综述[J]. 王丽娟,黄清世,邹雯. 机械研究与应用. 2008(01)
[9]无接触永磁齿轮传动机构发展综述[J]. 王虎生,侯云鹏,程树康. 微电机. 2008(02)
[10]机电集成超环面传动集成原理和磁力分析[J]. 许立忠,蔡毅. 机械设计与研究. 2006(01)
博士论文
[1]永磁行星齿轮传动系统动力学研究[D]. 朱学军.燕山大学 2012
硕士论文
[1]磁场调制式永磁齿轮结构分析与性能研究[D]. 吴重熙.大连交通大学 2015
[2]新型磁场调制式磁齿轮的设计与研究[D]. 吕森.哈尔滨理工大学 2015
[3]磁场调制型磁性齿轮的研究[D]. 林佳.哈尔滨工业大学 2012
[4]永磁磁力耦合器结构与特性研究[D]. 彭科容.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3091435
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/3091435.html
