超声辅助加工非接触式电能传输系统仿真分析

发布时间：2016-11-23 16:43

  本文关键词：超声辅助加工非接触式电能传输系统仿真分析，由笔耕文化传播整理发布。

《大连理工大学》 2013年

超声辅助加工非接触式电能传输系统仿真分析

黄浩  

【摘要】：超声辅助加工技术亦称作旋转超声加工技术,是利用传统加工与高频超声振动复合形成的新的加工技术。和传统的切削、磨削加工方法相比,超声辅助切削、磨削加工具有刀具磨损小、切削力小、加工表面损伤层小等优势,被广泛应用于加工硬脆材料、复合材料等难加工材料。超声辅助加工中换能器随加工工具一起高速转动,如何将高频超声电信号传输到高速旋转的超声振动单元的换能器上是实现超声辅助加工的一个前提和难点。传统的超声辅助加工通过碳刷和导电滑环的摩擦接触传输能量为换能器供电,具有碳刷磨损快、发热量大、导线裸露、容易积炭打火、刀具转速不能过高、无法实现自动换刀等问题。 针对现有超声辅助加工中的电能传输方式的缺点,提出了基于电磁耦合理论的超声辅助振动系统的非接触式电能传输技术方案。非接触电能传输可以克服接触式电能传输的不足,使超声辅助加工更加安全、稳定、可靠。非接触电能传输系统的设计较为复杂,由于非接触式变压器内存在漏磁,传输效率较低。目前国内尚未开发出成熟的系列化非接触式超声电能传输技术和系统。本文针对基于电磁耦合理论的非接触式电能传输技术存在的问题,建立非接触传输系统的有限元模型,系统研究了非接触传输装置的电磁场分布规律,分析了影响传输效率的因素和规律。主要研究内容如下： (1)针对超声辅助加工的应用现状以及加工特点,分析了超声辅助加工对超声电能传输技术的需求,揭示了传统的超声辅助加工接触式电能传输方式的缺点,提出用基于电磁感应原理的非接触式电能传输技术替代传统接触式电能传输方式。 (2)对非接触式超声电能传输系统进行了理论分析,介绍了非接触式变压器的互感等效模型以及超声振动单元的等效电路模型。分析了制约非接触式超声电能传输系统性能的因素,为后续仿真分析提供依据。为使传输性能最佳,利用互感等效模型和超声振动单元的等效电路为基础分析系统的补偿电路。共列举了八种原、副边补偿形式,分别计算出不同补偿电路下的原、副边阻抗。 (3)建立了非接触式超声电能传输系统的有限元模型,对非接触式传输系统的电磁特性和传输性能进行有限元分析。主要分析了非接触式变压器的磁芯截面积、磁芯间隙、磁芯轴线偏移以及磁芯轴线偏摆对系统最大磁通密度、耦合系数和传输效率的影响规律。根据理论分析结果对非接触式变压器的外形尺寸和安装尺寸进行设计优化,在保证传输性能的前提下尽量优化非接触式超声电能传输系统的各参数。 (4)研制了用于超声辅助加工的非接触式超声电能传输系统,建立了非接触式超声电能传输试验平台,对有限元仿真分析的磁芯截面积、磁芯间隙、磁芯轴线偏移和磁芯轴线偏摆如何影响非接触式超声电能传输系统性能进行试验验证。试验结果与有限元仿真分析结果趋势一致,误差较小,验证了仿真分析的正确性和有效性。

【关键词】：
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM724;TG663
【目录】：

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