新型可调速永磁联轴器的设计与优化

发布时间：2017-09-10 01:18

  本文关键词：新型可调速永磁联轴器的设计与优化

  更多相关文章： 永磁联轴器 结构设计 永磁传动参数 调速性能 控制过程

【摘要】：永磁联轴器脱胎于永磁传动技术,具有非接触传递、软启动、自带过载保护等优点。高性能永磁材料钕铁硼被开发出来之后,永磁联轴器的成本大大降低。人们对它的关注和研究越来越多,开发出了不同形式、不同功能的永磁联轴器,例如盘式永磁联轴器、筒式永磁联轴器、限矩型永磁联轴器、调速型永磁联轴器等等,使联轴器的应用场合大大增加。可调速永磁联轴器通过改变铜环和永磁盘之间的间隙改变输出转速和输出转矩。目前通行的可调速异步永磁联轴器存在诸多不足,包括结构复杂、调节不利、转动惯量较大等等。针对上述不足,本文以一台功率为7.5kW,转速1440r/min的电机(型号为Y132M-4)为原动机,设计了一种结构简单、成本低廉、调节精确的盘式异步可调速永磁联轴器。随后分别用数值计算和有限元仿真两种方法对转矩传递杆进行强度校核,验证了转矩传递杆可以满足力学性能。设计出新型可调速永磁联轴器之后,需对其永磁传动部分的参数进行优化。在ANASY Maxwell中创建永磁传动部分的模型,然后控制变量,分别对各个参数进行仿真分析,得出在本课题的条件下,最优永磁体极数为12极,最优永磁体厚度为30mm,最优铜环厚度为5mm,铜环和永磁体之间的最小间隙为2mm,最大间隙为20mm。调速机构是可调速永磁联轴器的重要组成部分。调速性能的好坏直接影响到联轴器的工作性能。为研究调速系统的性能,首先推导出伺服驱动系统和丝杠传动系统的数学模型,然后将这两个模型结合起来导入到MATLAB Simulink中,进行仿真分析。从仿真结果可以看出,添加编码器反馈后,调速性能有明显的改善,选择合适的放大器参数后,系统具有良好的调速性能,满足要求。完成新型可调速永磁联轴器的设计与研究之后,还要设计其控制方案,使新型可调速永磁联轴器在工作时能满足各种要求。为此,本文首先明确了新型可调速永磁联轴器的控制要求,针对要求设计出了伺服调速系统的运行控制线路图,然后编写了PLC的控制程序,使系统能够正常运行,满足控制要求。最后用西门子S7-200 CN对编写的程序进行了实验,实验结果表明,程序中没有错误,PLC可以正常运行。综上所述,新型可调速永磁联轴器不仅可以解决目前可调速永磁联轴器中的问题,还具有成本低廉、控制方便等优点。通过分析,可以发现新型可调速永磁联轴器在力学方面、永磁传动方面、调速性能方面均能满足要求。
【关键词】：永磁联轴器 结构设计 永磁传动参数 调速性能 控制过程
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题的背景及意义10
• 1.2 永磁联轴器的分类10-12
• 1.3 永磁传动技术的发展历程12-13
• 1.4 永磁联轴器的发展状况13-15
• 1.4.1 国外发展状况13-14
• 1.4.2 国内发展状况14-15
• 1.5 课题的研究内容15-16
• 2 新型可调速永磁联轴器的结构设计16-26
• 2.1 新型可调速永磁联轴器的结构及原理16-18
• 2.2 主要零部件的作用18-19
• 2.3 转矩传递杆的强度校核19-24
• 2.3.1 数值计算20-22
• 2.3.2 有限元分析22-24
• 2.4 新型可调速永磁联轴器的优点24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 新型可调速永磁联轴器的传动参数优化26-36
• 3.1 新型可调速永磁联轴器传动部分的模型26-29
• 3.2 永磁体极数的确定29-31
• 3.3 永磁体尺寸的确定31-32
• 3.3.1 永磁体截面形状的确定31-32
• 3.3.2 永磁体厚度的确定32
• 3.4 铜环尺寸的确定32-34
• 3.4.1 铜环内外径的确定33
• 3.4.2 铜环厚度的确定33-34
• 3.5 最大间隙与最小间隙的确定34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 4 新型可调速永磁联轴器的调速性能研究36-49
• 4.1 伺服驱动系统的数学模型36-42
• 4.2 丝杠传动部分的数学模型42-43
• 4.3 伺服调速系统仿真分析43-47
• 4.4 本章小结47-49
• 5 新型可调速永磁联轴器的控制过程49-62
• 5.1 新型可调速永磁联轴器的控制要求49-50
• 5.2 控制线路图50-53
• 5.3 PLC控制程序53-57
• 5.4 PLC控制实验57-61
• 5.4.1 实验用具57
• 5.4.2 实验步骤57-61
• 5.5 本章小结61-62
• 6 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-67
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果67-68
• 致谢68

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本文编号：823879