《永磁磁懸浮演示裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《永磁磁懸浮演示裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（44頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

題 目： 永磁磁懸浮演示裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 　　　　　　　　 I 目 錄 摘 要 1 Abstract 3 第一章 緒論 4 1.1 永磁磁懸浮技術(shù)研究背景 4 1.2 磁懸浮技術(shù)的研究現(xiàn)狀 9 1.3 本文的主要內(nèi)容 12 第二章 磁懸浮演示裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 2.1結(jié)構(gòu)組成 14 2.2 磁懸浮演示裝置的兩大部分及建模 14 2.2.1 浮動(dòng)磁座部件 14 2.2.2 固定磁座筋板 17 2.3 導(dǎo)向輪的選擇安裝 20 2.4 永磁磁懸浮演示裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化 21 第三章 永磁磁懸浮演示裝置的力學(xué)特性分析 23 3.1 ANSYS MAXWELL有限元分析 23 3.1.1 MAXWELL有限元分析簡(jiǎn)介 23 3.1.2 永磁磁懸浮裝置的MAXWELL 2D靜態(tài)分析 23 3.2 ANSYS有限元分析 29 3.2.1 永磁磁懸浮裝置的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析 29 3.2.2 永磁裝置的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析 29 第四章 零件加工工藝的分析 32 4.1 機(jī)械加工工藝的具體概念 32 4.2 機(jī)械加工工藝流程 32 4.3 制定機(jī)械加工工藝規(guī)程的內(nèi)容和步驟 34 第五章 永磁體的安裝注意 38 第六章 總結(jié)與展望 40 6.1 本文主要工作 40 6.2 展望 40 參考文獻(xiàn) 42 致謝 43 III 永磁磁懸浮演示裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 永磁磁懸浮技術(shù)是集電磁學(xué)、 電子技術(shù)、 控制工程、 信號(hào)處理、 機(jī)械學(xué)、 動(dòng)力學(xué)為一體的典型的機(jī)電一體化技術(shù)。隨著電子技術(shù)、控制工程、信號(hào)處理元器件、電磁理論及新型電磁材料的發(fā)展和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的進(jìn)展, 永磁磁懸浮技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)是磁懸浮軸承和磁懸浮列車(chē), 而應(yīng)用最廣泛的是磁懸浮軸承。它擁有無(wú)接觸、無(wú)摩擦、使用壽命長(zhǎng)、不用潤(rùn)滑以及高精度等特殊的優(yōu)點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的永磁磁懸浮演示裝置主要用于展示永磁磁懸浮原理，通過(guò)該裝置體現(xiàn)永磁磁懸浮零能耗懸浮、無(wú)電磁輻射等特點(diǎn)，從模型角度去研究該技術(shù)在列車(chē)、軸承等領(lǐng)域的運(yùn)用可行性。 永磁懸浮，是運(yùn)用永久磁鐵與軌道相斥并保持在槽口中線(xiàn)可懸浮運(yùn)行，導(dǎo)向輪可實(shí)現(xiàn)零磨擦運(yùn)行，機(jī)械向能接近零磨擦。主要是運(yùn)用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的性質(zhì)，使磁鐵具有抗拒地心引力的能力，即“磁性懸浮”。 關(guān)鍵詞：永磁；磁懸??；演示裝置；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) Permanent maglev demonstration device design Abstract Maglev technology is a concentration of electromagnetism, electronic technology, control engineering, signal processing, mechanics, dynamics as one of the typical electromechanical integration technology.As the electronic technology, control engineering, signal processing component, electromagnetic theory and the progress of the development of new electromagnetic material and rotor kinetics, magnetic suspension technology has been rapid development.Research hotspot at home and abroad is the magnetic suspension bearing and maglev train, and the most widely used is a magnetic levitation bearing.It has no contact, no friction, long service life, no lubrication, and the advantages of high precision and other special.This design demonstration of the permanent magnetic levitation device is mainly used for permanent magnet magnetic levitation principle, through the device reflect permanent maglev zero energy consumption characteristics of suspension, no electromagnetic radiation, from the perspective of the model to study the technology feasibility in train, bearing in the areas of application. Permanent magnetic levitation, is using the permanent magnet and the orbit are repellent and keep to the midline of the rabbet suspension, guide wheel can realize zero friction, mechanical friction to get close to zero.Mainly use the magnet "the same, opposites attract" the nature of the magnets have the ability to resist gravity, namely "magnetic levitation". Key words: permanent magnet; maglev; Demonstration unit 44 第一章 緒論 1.1 永磁磁懸浮技術(shù)研究背景 磁懸浮是利用懸浮磁力使物體處于一個(gè)零摩擦、零接觸的懸浮平衡的狀態(tài)。至今，以出現(xiàn)三種類(lèi)型的磁懸浮技術(shù)。一是以日本為代表的超導(dǎo)電動(dòng)磁懸??；二是以德國(guó)為代表的常導(dǎo)電式磁懸?。蝗侵袊?guó)的永磁磁懸浮。其中，電磁磁懸浮技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)EML技術(shù)，它主要是利用高頻電磁場(chǎng)在金屬表面產(chǎn)生的渦流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬球的懸浮。一般通過(guò)線(xiàn)圈的交變電流為10000-1000000Hz。另一種永磁磁懸浮技術(shù)是利用永久磁鐵間的吸力和斥力代替電磁磁懸浮技術(shù)中洛倫磁力來(lái)實(shí)現(xiàn)懸浮技能，永磁磁懸浮技術(shù)不需要電力和其他任何動(dòng)力支持。目前，磁懸浮技術(shù)在工業(yè)上得到廣泛運(yùn)用，尤其是在磁懸浮列車(chē)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用較為成熟。（上述能否合為一段） 磁懸浮技術(shù)的研究是來(lái)源于德國(guó)，早在1922年電磁磁懸浮原理就被Hermann kemper 先生提出來(lái)了，并在1934年申請(qǐng)了磁懸浮列車(chē)專(zhuān)利。進(jìn)入70年代后，隨著工業(yè)化國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷加強(qiáng)，為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，美國(guó)、日本、加拿大、法國(guó)、英國(guó)等國(guó)家繼而開(kāi)始籌劃磁懸浮運(yùn)輸?shù)拈_(kāi)發(fā)。根據(jù)當(dāng)時(shí)輪軌極限速度理論，科研者認(rèn)為，須采用新式運(yùn)輸系統(tǒng)，即不依賴(lài)輪軌。這種認(rèn)識(shí)引起許多國(guó)家的科研部門(mén)的興趣，但后來(lái)全都放棄，以至于目前只有德國(guó)和日本仍在繼續(xù)進(jìn)行磁懸浮的研究，并且都取得了令人矚目的進(jìn)展。 目前，磁懸浮可分為三種主要的應(yīng)用方式： 1、電磁吸引控制懸浮方式 電磁吸引控制方式是利用導(dǎo)磁與電磁鐵之間的吸引力，絕大部分磁懸浮技術(shù)幾乎都采用該技術(shù)。雖然這種吸引力在原理上是一種不穩(wěn)定的力，但通過(guò)控制電磁鐵電流的大小，可以將懸浮氣隙保持在一定數(shù)值上。隨著現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)元器件高性能和控制理論的發(fā)展，這種方式得到了廣泛的運(yùn)用。同時(shí)，在此技術(shù)的基礎(chǔ)上也有科研人員提出了把需要大電流勵(lì)磁的電磁鐵部分替換成可控的永久磁鐵的方案，并作了深入研究。這種方案可以大幅度的降低勵(lì)磁損耗，甚至在額定懸浮高度時(shí)不需要能量，是一個(gè)非常值得注目的新技術(shù)。 2、 感應(yīng)斥力控制方式 感應(yīng)斥力控制方式利用了磁鐵或磁力線(xiàn)圈和短路線(xiàn)圈之間的斥力。為了得到 斥力，勵(lì)磁線(xiàn)圈和短路線(xiàn)圈之間須有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)。這種方式主要運(yùn)用超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的懸浮裝置中。 3、 永久磁鐵斥力懸浮方式 永久磁鐵斥力懸浮控制方式是利用永久磁體間的斥力，一般產(chǎn)生的斥力為1kg/cm。根據(jù)磁鐵材料的不同，其產(chǎn)生的斥力會(huì)隨之變化。但由于橫定位移的不穩(wěn)定因素，需要從力學(xué)角度來(lái)安排磁鐵的位置。隨著稀土材料的普及，永久磁鐵斥力懸浮方式將會(huì)被更多的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。 磁懸浮列車(chē)是現(xiàn)代高科技發(fā)展產(chǎn)物。其原理是利用磁力抵消地球引力，通過(guò)直線(xiàn)電機(jī)進(jìn)行直接牽引，使列車(chē)懸浮在軌道上運(yùn)行。 其研究和制造涉及了自動(dòng)控制、直線(xiàn)推進(jìn)技術(shù)、電力電子技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造、故障的診斷和檢修等眾多學(xué)科，技術(shù)十分復(fù)雜，是一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力和工業(yè)水平的重要標(biāo)志。 磁懸浮列車(chē)與普通的列車(chē)相比，具有低噪音、節(jié)能、高速高效和安全舒適的特點(diǎn)，有著“零高度飛行器”的美稱(chēng)，是一個(gè)具有廣闊前景的新型交通工具。 磁懸浮列車(chē)根據(jù)其懸浮系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不同，分為三大類(lèi)型： 1、 常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)，以德國(guó)高速常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)transrapid為代表。Transrapiad是利用普通直流電磁鐵電磁力吸力的原理將列車(chē)懸起，懸浮的氣隙較小，一般為10mm左右。常導(dǎo)型高速磁懸浮列車(chē)的速度可達(dá)每小時(shí)500公里以上，適合用于城市之間的長(zhǎng)距離運(yùn)輸。 圖1-1 德國(guó)Transrapid懸浮原理示意圖 常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)工作時(shí)，首先調(diào)整車(chē)輛下部的懸浮和導(dǎo)向電磁鐵的電磁吸力，與地面軌道兩側(cè)的繞組發(fā)生磁鐵反作用將列車(chē)浮起。在車(chē)輛下部的導(dǎo)向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下，使車(chē)輪與軌道保持一定的側(cè)向距離，實(shí)現(xiàn)輪軌在水平方向和垂直方向的無(wú)接觸支撐和無(wú)接觸導(dǎo)向。車(chē)輛與行車(chē)軌道之間的懸浮間隙為10毫米，是通過(guò)一套高精度電子調(diào)整系統(tǒng)得以保證的。此外由于懸浮和導(dǎo)向?qū)嶋H上與列車(chē)運(yùn)行速度無(wú)關(guān)，所以即使在停車(chē)狀態(tài)下列車(chē)仍然可以進(jìn)入懸浮狀態(tài)。 常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)用同步直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的原理。車(chē)輛下部支撐電磁鐵線(xiàn)圈的作用就像是同步直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線(xiàn)圈，地面軌道內(nèi)側(cè)的三相移動(dòng)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)繞組起到電樞的作用，它就像同步直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)定子繞組。從電動(dòng)機(jī)的工作原理可以知道，當(dāng)作為定子的電樞線(xiàn)圈有電時(shí)，由于電磁感應(yīng)而推動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣，當(dāng)沿線(xiàn)布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電力時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用承載系統(tǒng)連同列車(chē)一起就像電機(jī)的“轉(zhuǎn)子”一樣被推動(dòng)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。從而在懸浮狀態(tài)下，列車(chē)可以完全實(shí)現(xiàn)非接觸的牽引和制動(dòng)。 2、 超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)，以日本的MAGLEV為代表。從懸浮技術(shù)上講是電力懸浮系統(tǒng)（EDS）。它是利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)，列車(chē)運(yùn)行時(shí)與布置在地面上的線(xiàn)圈互相作用，產(chǎn)生電動(dòng)斥力將列車(chē)懸起，懸浮氣隙較大，一般為100mm左右；每小時(shí)的速度可達(dá)到500公里以上。 圖1-2 日本MLU懸浮和導(dǎo)向原理示意圖 超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的最主要特征就是其超導(dǎo)元件在相當(dāng)?shù)偷臏囟认滤哂械耐耆珜?dǎo)電性和完全抗磁性。超導(dǎo)磁鐵是由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)線(xiàn)圈構(gòu)成，它不僅電流阻力為零，而且可以傳導(dǎo)普通導(dǎo)線(xiàn)根本無(wú)法比擬的強(qiáng)大電流，這種特性使其能夠制成體積小功率強(qiáng)大的電磁鐵。 超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的車(chē)輛上裝有車(chē)載超導(dǎo)磁體并構(gòu)成感應(yīng)動(dòng)力集成設(shè)備，而列車(chē)的驅(qū)動(dòng)繞組和懸浮導(dǎo)向繞組均安裝在地面導(dǎo)軌兩側(cè)，車(chē)輛上的感應(yīng)動(dòng)力集成設(shè)備由動(dòng)力集成繞組、感應(yīng)動(dòng)力集成超導(dǎo)磁鐵和懸浮導(dǎo)向超導(dǎo)磁鐵三部分組成。當(dāng)向軌道兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供與車(chē)輛速度頻率相一致的三相交流電時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)的電磁場(chǎng)，因而在列車(chē)導(dǎo)軌上產(chǎn)生磁波，這時(shí)列車(chē)上的車(chē)載超導(dǎo)磁體就會(huì)受到一個(gè)與移動(dòng)磁場(chǎng)相同步的推力，正是這種推力推動(dòng)列車(chē)前進(jìn)。其原理就像沖浪運(yùn)動(dòng)一樣，沖浪者是站在波浪的頂峰并由波浪推動(dòng)他快速前進(jìn)的。與沖浪者所面對(duì)的難題相同，超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)要處理的也是如何才能準(zhǔn)確地駕馭在移動(dòng)電磁波的頂峰運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。為此，在地面導(dǎo)軌上安裝有探測(cè)車(chē)輛位置的高精度儀器，根據(jù)探測(cè)儀傳來(lái)的信息調(diào)整三相交流電的供流方式，精確地控制電磁波形以使列車(chē)能良好地運(yùn)行。 超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)也是由沿線(xiàn)分布的變電所向地面導(dǎo)軌兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供三相交流電，并與列車(chē)下面的動(dòng)力集成繞組產(chǎn)生電感應(yīng)而驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)非接觸性牽引和制動(dòng)。但地面導(dǎo)軌兩側(cè)的懸浮導(dǎo)向繞組與外部動(dòng)力電源無(wú)關(guān)，當(dāng)列車(chē)接近該繞組時(shí)，列車(chē)超導(dǎo)磁鐵的強(qiáng)電磁感應(yīng)作用將自動(dòng)地在地面繞組中感生電流，因此在其感應(yīng)電流和超導(dǎo)磁鐵之間產(chǎn)生了電磁力，從而將列車(chē)懸起，并經(jīng)精密傳感器檢測(cè)軌道與列車(chē)之間的間隙，使其始終保持100毫米的懸浮間隙。同時(shí)，與懸浮繞組呈電氣連接的導(dǎo)向繞組也將產(chǎn)生電磁導(dǎo)向力，保證了列車(chē)在任何速度下都能穩(wěn)定地處于軌道中心行駛。［［12］吳華.常導(dǎo)/超導(dǎo)磁懸浮演示裝置的控制.西南交通大學(xué).2006年6月 2］ 圖1-3 常導(dǎo)與超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)對(duì)比圖 3、永磁磁懸浮列車(chē)，永磁磁懸浮列車(chē)是中國(guó)自主研發(fā)的永久磁體懸浮列車(chē)。它是利用永磁材料的磁力實(shí)現(xiàn)車(chē)體的懸浮，不需要電力和其他任何動(dòng)力的支持，實(shí)現(xiàn)了無(wú)能耗懸浮。 1994年西南交大成功地進(jìn)行了4個(gè)座位、自重4噸、懸浮高度為8毫米、時(shí)速為30公里的磁懸浮列車(chē)試驗(yàn)之后，由鐵科院主持、長(zhǎng)春客車(chē)廠、中科院電工所、國(guó)防科技大學(xué)參加，共同研制的長(zhǎng)為6.5米、寬為3米、自重4噸、內(nèi)設(shè)15個(gè)座位的6噸單轉(zhuǎn)向架磁懸浮試驗(yàn)車(chē)在鐵科院環(huán)行試驗(yàn)線(xiàn)的軌距為2米、長(zhǎng)36米、設(shè)計(jì)時(shí)速為100公里的室內(nèi)磁懸浮實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路上成功地進(jìn)行了試驗(yàn)，并于1998年12月通過(guò)了鐵道部科技成果鑒定。6噸單轉(zhuǎn)向架磁懸浮試驗(yàn)車(chē)的研制成功，為低速常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)，填補(bǔ)了我國(guó)在磁懸浮列車(chē)技術(shù)領(lǐng)域的空白。 上海磁懸浮列車(chē)為常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)。在電磁力作用下，列車(chē)將懸浮在距離軌道約1厘米處運(yùn)行，而實(shí)現(xiàn)這一功能的主要部件之一就是軌道梁，它既是承載列車(chē)的承重結(jié)構(gòu)，又是浮起列車(chē)運(yùn)行的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。上海磁懸浮列車(chē)系統(tǒng)全線(xiàn)總共有1400多根軌道梁，每根長(zhǎng)約50米，重達(dá)350 噸。為了安裝電磁設(shè)備，梁上要打28萬(wàn)個(gè)孔，每個(gè)孔的位置誤差不得超過(guò)0.02毫米，不到一根頭發(fā)絲的粗細(xì)。 由西南交大、長(zhǎng)春客車(chē)廠及株洲電力機(jī)車(chē)研究所聯(lián)合制造的，我國(guó)自行研制、設(shè)計(jì)、施工總投資達(dá)3000萬(wàn)元的第一條磁懸浮列車(chē)線(xiàn)路——青城山磁懸浮列車(chē)線(xiàn)路，已經(jīng)于今年在青城山正式啟動(dòng)。整個(gè)線(xiàn)路軌道由水泥橫梁連接而成，全長(zhǎng)419.925米。磁懸浮列車(chē)長(zhǎng)11.5米、寬2.6米、高3.3米，呈流線(xiàn)形，采用常導(dǎo)吸力式磁懸浮技術(shù)。與上海的磁懸浮列車(chē)相比，兩者除了懸浮原理基本一致外，完全是兩種不同類(lèi)型的磁浮技術(shù)。時(shí)速不同上海采用的是德國(guó)磁浮技術(shù)用于城際交通，這決定了它的技術(shù)研究方向是高速度(上海磁浮列車(chē)的運(yùn)行時(shí)速達(dá)430公里)。而青城山磁浮列車(chē)的最高時(shí)速是100公里，主要運(yùn)用于城市內(nèi)部軌道交通。 常導(dǎo)與超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)都需要用電力來(lái)產(chǎn)生磁懸浮浮力，相對(duì)于傳統(tǒng)的輪軌式列車(chē)的優(yōu)缺點(diǎn)是： 1、 它克服了傳統(tǒng)輪軌鐵路提高速度的主要障礙，發(fā)展前景廣闊； 2、 低噪音、高速高效、乘坐舒適； 3、 對(duì)電依耐性高，當(dāng)斷電或停電后發(fā)生的安全保障問(wèn)題和制動(dòng)問(wèn)題需要解決； 4、 常導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的懸浮高度較低，因此對(duì)線(xiàn)路的平整度。路基下沉量等方面要求較超導(dǎo)技術(shù)高； 5、 能耗大，尤其超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)由于渦流效應(yīng)懸浮能耗較常導(dǎo)技術(shù)更大，且需配有繁雜笨重的冷卻系統(tǒng)，降低了列車(chē) 的有效重量。 6、 強(qiáng)的電磁場(chǎng)對(duì)人體和環(huán)境有影響。 永磁磁懸浮列車(chē)相比于常導(dǎo)電磁磁懸浮列車(chē)和超導(dǎo)電動(dòng)磁懸浮列車(chē)，有如下特點(diǎn)： 1、 懸浮力強(qiáng)，少量的磁體和特定的磁體排列方式產(chǎn)生的懸浮力已超過(guò)常導(dǎo)電磁磁懸浮列車(chē)和超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的懸浮力； 2、 經(jīng)濟(jì)性好，一是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；二是由于車(chē)體重量輕，因此有效負(fù)載能力大； 3、 節(jié)能性強(qiáng)，無(wú)需消耗電能和其他任何能源，產(chǎn)生保持車(chē)體懸浮的懸浮力。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率高； 4、安全性好、可靠性高。不會(huì)因?yàn)殡娐返墓收习l(fā)生事故； 5、平衡性穩(wěn)定、特定的磁體排列方式不僅產(chǎn)生向上的懸浮力，而且會(huì)產(chǎn)生向下的吸附力，阻止車(chē)體顛簸 6、環(huán)境友好型列車(chē)。無(wú)電磁輻射污染；無(wú)噪音污染；使用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，無(wú)排放氣體污染。 7、適應(yīng)性好。即可載客也可卸貨，即可市內(nèi)交通也可城際快速交通。應(yīng)用廣泛。 8、列車(chē)系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，使得現(xiàn)有鐵路和地鐵線(xiàn)路進(jìn)行簡(jiǎn)單改造即可實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。 1.2 磁懸浮技術(shù)的研究現(xiàn)狀 目前，磁懸浮技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用主要集中在磁懸浮列車(chē)和磁懸浮軸承兩方面： 1、 磁懸浮列車(chē)： 永磁磁懸浮,即永久磁鐵與軌道（由電磁軌道或?qū)Т挪牧希┫喑獠⒈３衷诓劭谥芯€(xiàn)可懸浮運(yùn)行，電磁導(dǎo)向可實(shí)現(xiàn)零磨擦運(yùn)行，機(jī)械向能接近零磨擦。 永磁懸浮應(yīng)用在交通優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，它阻力系數(shù)約為滾動(dòng)阻力的1/10，在100km/h運(yùn)行速度內(nèi)與汽車(chē)能耗比為1：10。 永磁懸浮交通與有軌交通有著一樣的安全性、永磁懸浮高度是工作在某區(qū)間近似彈簧受力狀態(tài)的一種自由穩(wěn)定懸浮。電磁懸?。ㄈ缟虾腋〗煌?、日本超導(dǎo)懸浮列車(chē)方案）是不穩(wěn)定懸浮。要靠復(fù)雜的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)懸浮，即使控制做得非常完善也不能保證永無(wú)保障，永不失磁，永磁懸浮能實(shí)現(xiàn)永不失磁。 永磁懸浮交通設(shè)備結(jié)構(gòu)就是電磁軌道與車(chē)體永磁條組件、永磁懸浮技術(shù)創(chuàng)新就是改變磁懸浮高技術(shù)、高制造成本、高精度難實(shí)施變?yōu)橐话慵夹g(shù)，低制造成本容易實(shí)施與普及推廣大。 永磁磁懸浮是運(yùn)用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的性質(zhì)，使磁鐵具有抗拒地心引力的能力，即“磁性懸浮”?？茖W(xué)家將“磁性懸浮”這種原理運(yùn)用在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)上，使列車(chē)完全脫離軌道而懸浮行駛，成為“無(wú)輪”列車(chē)，時(shí)速可達(dá)幾百公里以上。這就是所謂的“磁懸浮列車(chē)”，亦稱(chēng)之為“磁墊車(chē)”。 由于磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形式，故磁懸浮列車(chē)也有兩種相應(yīng)的形式：一種是 利用磁鐵同性相斥原理而設(shè)計(jì)的電磁運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車(chē)，它利用車(chē)上超導(dǎo)體電磁鐵形成的磁場(chǎng)與軌道上線(xiàn)圈形成的磁場(chǎng)之間所產(chǎn)生的相斥力，使車(chē)體懸浮運(yùn)行的鐵路；另一種則是利用磁鐵異性相吸原理而設(shè)計(jì)的電動(dòng)力運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車(chē)，它是在車(chē)體底部及兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁 鐵，在T形導(dǎo)軌的上方和伸臂部分下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，控制電磁鐵的電流，使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持10—15毫米的間隙，并使導(dǎo)軌鋼板的排斥力與車(chē)輛的重力平衡，從而使車(chē)體懸浮于車(chē)道的導(dǎo)軌面上運(yùn)行。 磁懸浮列車(chē)與當(dāng)今的高速列車(chē)相比，具有許多無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)： 由于磁懸浮列車(chē)是軌道上行駛，導(dǎo)軌與機(jī)車(chē)之間不存在任何實(shí)際的接觸，成為“無(wú)輪”狀態(tài)，故其幾乎沒(méi)有輪、軌之間的摩察，時(shí)速高達(dá)幾百公里； 磁懸浮列車(chē)可靠性大、維修簡(jiǎn)便、成本低，其能源消耗僅是汽車(chē)的一半、飛機(jī)的四分之一； 噪音小，當(dāng)磁懸浮列車(chē)時(shí)速達(dá)300公里以上時(shí)，噪聲只有65.6分貝，僅相當(dāng)于一個(gè)人大聲地說(shuō)話(huà)，比汽車(chē)駛過(guò)的聲音還??； 由于它以電為動(dòng)力，在軌道沿線(xiàn)不會(huì)排放廢氣，無(wú)污染，是一種名副其實(shí)的綠色交通工具。 20世紀(jì)60年代，世界上出現(xiàn)了3個(gè)載人的氣墊車(chē)試驗(yàn)系統(tǒng)，它是最早對(duì)磁懸浮列車(chē)進(jìn)行研究的系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是固體電子學(xué)的出現(xiàn)，使原來(lái)十分龐大的控制設(shè)備變得十分輕巧，這就給磁懸浮列車(chē)技術(shù)提供了實(shí)現(xiàn)的可能。1969年，德國(guó)牽引機(jī)車(chē)公司的馬法伊研制出小型磁懸浮列車(chē)模型，以后命名為T(mén)R01型，該車(chē)在1km軌道上的時(shí)速達(dá)165km，這是磁懸浮列車(chē)發(fā)展的第一個(gè)里程碑。在制造磁懸浮列車(chē)的角逐中，日本和德國(guó)是兩大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。1994年2月24 日，日本的電動(dòng)懸浮式磁懸浮列車(chē)，在宮崎一段74km長(zhǎng)的試驗(yàn)線(xiàn)上，創(chuàng)造了時(shí)速431km的日本最高紀(jì)錄。1999年4月，日本研制的超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)在試驗(yàn)線(xiàn)上達(dá)到時(shí)速552km。德國(guó)經(jīng)過(guò)近20年的努力，技術(shù)上已趨于成熟，已具有建造運(yùn)用的水平。原計(jì)劃在漢堡和柏林之間修建第一條時(shí)速為400km的磁懸浮鐵路，總長(zhǎng)度為248km，預(yù)計(jì)2003年正式投入營(yíng)運(yùn)。但由于資金計(jì)劃問(wèn)題，2002年宣布停止了這一計(jì)劃。 我國(guó)對(duì)磁懸浮列車(chē)的研究工作起步較晚，1989年3月，國(guó)防科技大學(xué)研制出我國(guó)第一臺(tái)磁懸浮試驗(yàn)樣車(chē)。1995年，我國(guó)第一條磁懸浮列車(chē)實(shí)驗(yàn)線(xiàn)在西南交通大學(xué)建成，并且成功進(jìn)行了穩(wěn)定懸浮、導(dǎo)向、驅(qū)動(dòng)控制和載人等時(shí)速為300km的試驗(yàn)。西南交通大學(xué)這條試驗(yàn)線(xiàn)的建成，標(biāo)志我國(guó)已經(jīng)掌握了制造磁懸浮列車(chē)的技術(shù)。然而，2001年3月上海13.8km的磁懸浮列車(chē)開(kāi)始營(yíng)運(yùn)，標(biāo)志著我國(guó)成為世界上第一個(gè)具有磁懸浮運(yùn)營(yíng)鐵路的國(guó)家。 2、磁懸浮軸承 ①磁懸浮軸承工業(yè)應(yīng)用 磁軸承主要應(yīng)用對(duì)象有低軌道地球衛(wèi)星和航天器中的超真空泵、中子粉碎機(jī)、衛(wèi)星慣性飛輪和能量存儲(chǔ)飛輪、姿態(tài)控制飛輪、火箭引擎透平泵、制冷透平泵、環(huán)狀懸浮定位系統(tǒng)以及反射鏡的驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置等。 隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)加工精度要求的不斷提高以及機(jī)床轉(zhuǎn)速的增加，傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承和靜壓軸承均已明顯地不能滿(mǎn)足對(duì)支承的要求，其中尤以噪聲、振動(dòng)、發(fā)熱及使用壽命的問(wèn)題更為突出。另外，在傳統(tǒng)的軸承中，供油系統(tǒng)是必不可少的。這不僅使結(jié)構(gòu)更趨復(fù)雜，同時(shí)又產(chǎn)生了諸如污染等問(wèn)題?？尚业氖巧鲜鰡?wèn)題在采用了磁軸承以后，均能獲得圓滿(mǎn)解決。法國(guó)的S2M公司在數(shù)百臺(tái)機(jī)床上成功地應(yīng)用了磁軸承，包括各種高精度車(chē)床、銑床和磨床，而磨床方面的應(yīng)用尤為突出。 在一般工業(yè)生產(chǎn)中第一個(gè)裝有磁軸承的是德國(guó)Leybol-Heraeus公司發(fā)明的渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的真空泵，其額定轉(zhuǎn)速達(dá)30,000r/min，工作氣隙直徑90mm，轉(zhuǎn)子重7kg，高真空、高轉(zhuǎn)速、長(zhǎng)壽命。在輕工業(yè)中，磁軸承主要應(yīng)用于渦輪分子真空泵、離心機(jī)液態(tài)泵、紡織機(jī)主軸、小型低溫壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)光學(xué)境主軸、旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極射線(xiàn)管、中子分選器等。法國(guó)研制成功一臺(tái)冶金實(shí)驗(yàn)用的小型超高速離心機(jī)，其轉(zhuǎn)速達(dá)800,000r/min。在重工業(yè)中，磁軸承也得到了應(yīng)用。德國(guó)ABB公司采用磁軸承系統(tǒng)研制成功第一臺(tái)大型核能用部件，即MALVE實(shí)驗(yàn)循環(huán)器，其轉(zhuǎn)子重2噸，功率400kw，外伸推進(jìn)器直徑1.25m。由于磁軸承具有獨(dú)特的優(yōu)良性能，在能源工業(yè)中，特別是核能技術(shù)的研究中，它將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。此外，磁軸承在航海技術(shù)、紡織技術(shù)、醫(yī)療器械、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、噴氣機(jī)、電度表、機(jī)器人技術(shù)、振動(dòng)控制等方面都得到了應(yīng)用。 ②磁懸浮軸承國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 磁軸承的發(fā)展與研究一直受到國(guó)內(nèi)外工業(yè)界的廣泛關(guān)注。自1988年起，國(guó)際上每?jī)赡昱e行一屆磁軸承國(guó)際會(huì)議，交流和研討該領(lǐng)域的最新研究成果。目前較為活躍并處于領(lǐng)先地位的主要有瑞士聯(lián)邦工學(xué)院(ETH)，美國(guó)Maryland大學(xué)和Virginia大學(xué)、日本東京大學(xué)和英國(guó)Sussex大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)，以及法國(guó)S2M、瑞士IBAG、英國(guó)Glacier、美國(guó)Avcon、MTI、Satcon等生產(chǎn)廠家。磁軸承在國(guó)外有較長(zhǎng)的研究歷史，目前已進(jìn)入應(yīng)用階段：1969年，法國(guó)軍部實(shí)驗(yàn)室(LRBN) 開(kāi)始磁懸浮軸承研究，1972年將第一個(gè)磁懸浮軸承應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)向器飛輪支承上；美國(guó)在1983年11月搭載于航天飛機(jī)的歐洲空間實(shí)驗(yàn)艙采用了磁懸浮軸承真空泵；1995年，日本精工精機(jī)公司在意大利國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上展出了采用了磁軸承主軸的機(jī)械加工中心MV--40B。法國(guó)SEP公司的磁懸浮軸承產(chǎn)品，轉(zhuǎn)速范圍0-800,000r/min，轉(zhuǎn)子直徑14-600mm，單個(gè)軸承承載能力3,000～50,000N， 使用溫度范圍-253～450℃。美國(guó)Federal-Mogul公司生產(chǎn)的磁軸承轉(zhuǎn)速在400～120,000r/min，最大線(xiàn)速度可達(dá)264m/s，軸向承載222kN，徑向承載80kN。從目前國(guó)外的應(yīng)用狀況來(lái)看，在高速旋轉(zhuǎn)和高精度的應(yīng)用場(chǎng)合，磁軸承具有極大的優(yōu)越性，并已逐漸成為應(yīng)用的主流。 張士勇.磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望.長(zhǎng)安大學(xué)基礎(chǔ)部 我國(guó)對(duì)磁軸承的研究起步于80年代，國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)等均開(kāi)展了相應(yīng)的研究。1994年，清華大學(xué)機(jī)電與控制實(shí)驗(yàn)室研制成功臥式五自由度磁軸承系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速高達(dá)53,200r/min，1997年成功進(jìn)行了內(nèi)圓磨削實(shí)驗(yàn)，1999年實(shí)現(xiàn)了數(shù)控，轉(zhuǎn)速高達(dá)50,000r/min， 回轉(zhuǎn)精度lμm。1996年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制成功數(shù)控機(jī)床用高剛度磁力軸承主軸，主軸轉(zhuǎn)速20,000r/min，磨頭端部剛度20N/μm，軸承處徑向靜剛度169N/μm，主軸運(yùn)動(dòng)誤差小于25μm，目前，正致力于磁軸承衛(wèi)星飛輪應(yīng)用技術(shù)的研究。同時(shí)，西安交通大學(xué)研制成功用于渦輪膨脹機(jī)的磁軸承系統(tǒng)。但到目前為止，開(kāi)發(fā)的多數(shù)產(chǎn)品還處于實(shí)驗(yàn)室階段，而且在承載剛度和承載能力方面距離大規(guī)模應(yīng)用還有一定距離。國(guó)外磁軸承的價(jià)格十分昂貴，而且處于技術(shù)上保密的原因，不對(duì)國(guó)內(nèi)進(jìn)行小批量磁軸承的出售。磁軸承能否產(chǎn)業(yè)化，其發(fā)展速度和水平關(guān)系著民族工業(yè)的前途，其市場(chǎng)潛力也非常巨大。 1.3 本文的主要內(nèi)容 本課題題目是永磁磁懸浮演示裝置，其原理如圖所示，A為與動(dòng)子相連的某一永磁體，1~3為與A相鄰的定子磁陣列上的永磁體。當(dāng)動(dòng)子由于外力從圖4中的位置下沉，則永磁體A也下沉。從圖4中的極性可以看出，永磁體A將受到永磁體2向上的吸引力，同時(shí)受到永磁體3向上的斥力，這向上的吸力和向上的斥力的共同作用阻止A下降，也就是阻止動(dòng)子下降。反過(guò)來(lái)當(dāng)動(dòng)子受到外力（如振動(dòng)）而向上運(yùn)動(dòng)，則動(dòng)子磁陣列也向上運(yùn)動(dòng)。這時(shí)永磁體A受到永磁體2向下的吸力，同時(shí)受到永磁體1向下的斥力，這兩個(gè)力的共同作用阻止永磁體A上升，也就是阻止動(dòng)子上升。所有動(dòng)子永磁體受到的作用力和A類(lèi)似，從而使動(dòng)子懸浮，并且阻止動(dòng)子下振動(dòng)。 圖1-4 永磁磁懸浮原理 第二章 磁懸浮演示裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1結(jié)構(gòu)組成 本設(shè)計(jì)的磁懸浮演示裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，是由南京艾凌節(jié)能有限公司提供，此磁懸浮演示裝置主要由磁鐵、磁鐵保持架、承重板、導(dǎo)向輪、磁鐵支撐板、固定磁座側(cè)板、浮動(dòng)和固定筋板等零件做成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，永磁磁懸浮的懸浮性能明了，極富有趣味性。此裝置可以分為浮動(dòng)磁座部件和固定磁座部件兩大部分。 初步確定其結(jié)構(gòu)示意圖如下: 圖2-1 永磁磁懸浮演示裝置示意圖 2.2 磁懸浮演示裝置的兩大部分及建模 2.2.1 浮動(dòng)磁座部件 浮動(dòng)磁座部件是由承重板、磁鐵盒、磁鐵支撐板、導(dǎo)向輪等零件組成。在承重板下方安裝兩個(gè)磁鐵支撐板，分別在兩個(gè)支撐板的外側(cè)各安裝兩個(gè)磁鐵盒，每個(gè)磁鐵盒中安裝3個(gè)磁鐵。其主要結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖2-2 浮動(dòng)磁座部件 主要零件的結(jié)構(gòu)建模與尺寸如下： 1、 承重板。 承重板是主要受力零件，其結(jié)構(gòu)形狀、尺寸入圖2-3、2-4所示。 圖2-3 承重板尺寸 圖2-4 結(jié)構(gòu)形狀 2、 磁鐵支撐板 磁鐵支撐板是用來(lái)安裝固定磁鐵盒的，其主要結(jié)構(gòu)形狀、尺寸如圖9、10。 圖2-5 磁鐵支撐板形狀結(jié)構(gòu) 圖2-6 磁鐵支撐板尺寸 3、 磁鐵盒 磁鐵盒是用來(lái)安裝磁鐵的，如圖所示。 圖2-7 磁鐵盒和磁鐵的安裝 圖2-8 磁鐵盒尺寸 2.2.2 固定磁座筋板 固定磁座筋板主要是由磁鐵盒、固定磁座底板、固定磁座筋板組成。其作用是利用固定磁座側(cè)板上的永磁使其浮動(dòng)磁座浮動(dòng)。 圖2-9 浮動(dòng)磁座部件結(jié)構(gòu)形狀 其零件的尺寸形狀如下： 1、 固定磁座底板 其結(jié)構(gòu)形狀尺寸如圖所示 圖2-10 固定磁座底板結(jié)構(gòu)形狀 圖2-11 固定磁座底板尺寸 2、 浮動(dòng)磁座側(cè)板 浮動(dòng)磁座側(cè)板主要是用來(lái)固定磁鐵盒，其結(jié)構(gòu)形狀零件如圖 圖2-12 固定磁座側(cè)板結(jié)構(gòu)形狀 圖2-13 固定磁座側(cè)板尺寸 3、 磁鐵盒 其結(jié)構(gòu)形狀尺寸如圖所示 圖2-14 磁鐵盒結(jié)構(gòu)形狀 圖2-15 磁鐵盒尺寸 4、固定磁座筋板 其結(jié)構(gòu)形狀尺寸入圖所示 圖2-16 固定磁座筋板結(jié)構(gòu)形狀 圖2-17 固定磁座筋板尺寸 2.3 導(dǎo)向輪的選擇安裝 由于浮動(dòng)部件上磁鐵盒與固定部件上磁鐵盒間的距離是10mm，如圖所示，即磁鐵間的距離為16mm。 圖2-18 固定部件磁鐵盒與浮動(dòng)部件磁鐵盒間距離 利用Maxwell仿真計(jì)算出導(dǎo)向輪橫向最大承受力。 當(dāng)雙邊磁鐵距離為13mm時(shí)，橫向受力接近為0，豎向受力為2059.9N；當(dāng)一邊磁鐵距離為18mm，一邊為20mm時(shí)，橫向受力為954.89N，豎向受力為2058.7N。 如圖2-19所示，浮動(dòng)部件上單邊安裝4個(gè)導(dǎo)向輪，根據(jù)Maxwell的計(jì)算結(jié)果得出，每個(gè)導(dǎo)向輪至少承受25Kg的力。 即選擇1.2寸能夠承受40Kg的導(dǎo)向輪。 圖2-19 導(dǎo)向輪的排布 2.4 永磁磁懸浮演示裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化 2.3.1 磁鐵排布的優(yōu)化 初步確定的結(jié)構(gòu)示意圖如下所示： 圖2-18 初始確定磁鐵保持架結(jié)構(gòu)示意圖 當(dāng)磁鐵排列順序入上圖所示時(shí)，在浮動(dòng)磁座部件運(yùn)動(dòng)到如圖2-19所示位置時(shí)，沒(méi)有磁力使浮動(dòng)部件浮起。 圖2-19 初始磁鐵排布結(jié)構(gòu)示意圖 利用ANSYS分析磁場(chǎng)分布，將固定磁座部件上的磁鐵盒結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)與磁鐵排列分布優(yōu)化。 即將其磁鐵保持架與磁鐵排列設(shè)計(jì)成如下圖所示： 圖2-19 改善后磁鐵分布及磁鐵保持架結(jié)構(gòu)示意圖 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 零件加工工藝的分析 第3章 永磁磁懸浮演示裝置的力學(xué)特性分析 3.1 ANSYS MAXWELL有限元分析 3.1.1 MAXWELL有限元分析簡(jiǎn)介 MAXWELL軟件是國(guó)際上流行的大型通用有限軟件包，是功能強(qiáng)大的電磁場(chǎng)仿真工具，主要用于電場(chǎng)、磁場(chǎng)、渦流場(chǎng)、熱場(chǎng)等領(lǐng)域的分析與計(jì)算中。該軟件較比其他有限元軟件有以下機(jī)電優(yōu)勢(shì)： 1、 具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能； 2、 擁有簡(jiǎn)便易行的繪圖功能同時(shí)方便導(dǎo)入其他繪圖軟件形成的模型； 3、 在剖分過(guò)程中，可進(jìn)行手動(dòng)剖分和自動(dòng)剖分，網(wǎng)格形狀和疏密程度靈活多樣，能量誤差可減小到任意指定值； 4、 能夠進(jìn)行各類(lèi)線(xiàn)性和非線(xiàn)性分析。 3.1.2 永磁磁懸浮裝置的MAXWELL 2D靜態(tài)分析 Maxwell2D靜磁場(chǎng)求解器可以計(jì)算由直流電流、永磁體等橫定激磁源所激勵(lì)的橫定磁場(chǎng)。 1、 創(chuàng)建項(xiàng)目 啟動(dòng)MAXWELL并建立新的項(xiàng)目文件，定義瞬態(tài)分析類(lèi)型，如圖3-1所示 圖3-1 定義分析屬性 2、創(chuàng)建永磁2D模型 繪制幾何模型，模型示意圖3-2所示，模型的基本設(shè)置主要包括長(zhǎng)度、定義材料及時(shí)間、力的設(shè)定幾方面內(nèi)容。 圖3-1 模型示意圖 圖3-2 模型的基本設(shè)置 3、劃分網(wǎng)格 對(duì)不同的零件進(jìn)行不同數(shù)值的網(wǎng)格劃分，如圖3-3所示 圖3-2 網(wǎng)格劃分設(shè)置 4、 設(shè)置邊界 對(duì)模型設(shè)置邊界條件，保證運(yùn)行在其邊界內(nèi)。 圖3-3 邊界條件的設(shè)定 5、 設(shè)置加載 對(duì)模型施加載荷，并進(jìn)行時(shí)間的設(shè)置。 圖3-4 時(shí)間的設(shè)置 6、 求解結(jié)果 1）、當(dāng)磁鐵相對(duì)位置如圖3-5所示時(shí)， 圖3-5 磁鐵的相對(duì)位置 裝置所受的力如圖所示 圖3-6 磁鐵正對(duì)時(shí)求解結(jié)果 2）、當(dāng)浮動(dòng)部件向上移動(dòng)10MM時(shí)，此時(shí)磁鐵位置如圖3-5所示， 圖3-7 磁鐵的相對(duì)位置 裝置所受的力如圖所示 圖3-8 求解結(jié)果 3）、當(dāng)浮動(dòng)部件向上移動(dòng)16MM時(shí)，此時(shí)裝置豎直方向所受的力如圖所示 圖3-9 求解結(jié)果 根據(jù)以上分析結(jié)果得知： 浮動(dòng)部件豎直方向受到的最大磁力是5419.6N。 3.2 ANSYS有限元分析 3.2.1 永磁磁懸浮裝置的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析 ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開(kāi)發(fā)。 它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer，NASTRAN，SolidWorks，AutoCAD等現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAD工具之一。 3.2.2 永磁裝置的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析是有限元分析中最簡(jiǎn)單的，同時(shí)也是最基礎(chǔ)的分析方法，一般工程計(jì)算中最經(jīng)常應(yīng)用的方法就是靜力分析。 所謂靜力就是結(jié)構(gòu)收到靜態(tài)荷載的作用，慣性和阻尼可以忽略。在靜態(tài)載荷作用下，結(jié)構(gòu)處于靜力平衡狀態(tài)，此時(shí)必須充分約束，但由于不考慮慣性，則質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響。但是很多情況下，如果荷載周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)自振周期（即緩慢加載），則結(jié)構(gòu)的慣性效應(yīng)能夠忽略，這種情況可以簡(jiǎn)化為線(xiàn)性靜力分析來(lái)進(jìn)行。[[] 許進(jìn)峰.ANASY.WORKBENCE 15.0.完全自學(xué)一本通.電子工業(yè)出版社.201 ] 1、 創(chuàng)建項(xiàng)目 啟動(dòng)ANSYS并建立分析項(xiàng)目，如圖3-10所示， 圖3-10 創(chuàng)建項(xiàng)目 2、 創(chuàng)建幾何體 創(chuàng)建如圖所示的幾何體 圖3-11 幾何體 3、 添加材料 圖3-11 添加材料 4、 施加載荷和約束 給承重板施加一個(gè)恒力 圖3-12 施加載荷和約束 5、 求解結(jié)果 圖3-13 總應(yīng)力分析云圖 當(dāng)施加500Mpa的載荷時(shí)，承重板受到的最大變形為0.38mm。 第四章 零件加工工藝的分析 機(jī)械加工工藝是指用機(jī)械加工的方法改變毛坯的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)使其成為合格零件的全過(guò)程，加工工藝是工人進(jìn)行加工的一個(gè)依據(jù) 4.1 機(jī)械加工工藝的具體概念 機(jī)械加工工藝流程是工件或者零件制造加工的步驟，采用機(jī)械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過(guò)程稱(chēng)為機(jī)械加工工藝過(guò)程。比如一個(gè)普通零件的加工工藝流程就是粗加工-精加工-裝配-檢驗(yàn)-包裝，就是個(gè)加工的籠絡(luò)流程。 機(jī)械加工工藝就是在流程的基礎(chǔ)上，改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品，是每個(gè)步驟，每個(gè)流程的詳細(xì)說(shuō)明，比如，上面說(shuō)的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分為車(chē)，鉗工，銑床，等等，每個(gè)步驟就要有詳細(xì)的數(shù)據(jù)，比如粗糙度要達(dá)到多少，公差要達(dá)到多少。 總的來(lái)說(shuō)，工藝流程是綱領(lǐng)，加工工藝是每個(gè)步驟的詳細(xì)參數(shù)，工藝規(guī)程是根據(jù)實(shí)際情況編寫(xiě)的特定的加工工藝。 4.2 機(jī)械加工工藝流程 機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機(jī)械加工工藝過(guò)程和操作方法等的工藝文件之一，它是在具體的生產(chǎn)條件下，把較為合理的工藝過(guò)程和操作方法，按照規(guī)定的形式書(shū)寫(xiě)成工藝文件，經(jīng)審批后用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)。機(jī)械加工工藝規(guī)程一般包括以下內(nèi)容：工件加工的工藝路線(xiàn)、各工序的具體內(nèi)容及所用的設(shè)備和工藝裝備、工件的檢驗(yàn)項(xiàng)目及檢驗(yàn)方法、切削用量、時(shí)間定額等。 制定工藝規(guī)程的步驟： 1) 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類(lèi)型。 2) 分析零件圖及產(chǎn)品裝配圖，對(duì)零件進(jìn)行工藝分析。 3) 選擇毛坯。 4) 擬定工藝路線(xiàn)。 5) 確定各工序加工余量，計(jì)算工序尺寸及公差。 6) 確定各工序所用的設(shè)備及刀具、夾具、量具和輔助工具。 7) 確定切削用量及工時(shí)定額。 8) 確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法。 9) 填寫(xiě)工藝文件。 在制訂工藝規(guī)程的過(guò)程，往往要對(duì)前面已初步確定的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，以提高經(jīng)濟(jì)效益。在執(zhí)行工藝規(guī)程中，可能會(huì)出現(xiàn)前所未料的情況，如生產(chǎn)的條件變化，新技術(shù)、新工藝的引進(jìn)，新材料、先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用等，都要及時(shí)對(duì)工藝規(guī)程進(jìn)行修訂和完成。 劉強(qiáng).典型零件加工工藝分析.無(wú)錫.無(wú)錫技術(shù)師范學(xué)院 4.3 制定機(jī)械加工工藝規(guī)程的內(nèi)容和步驟 對(duì)零件的家工工藝規(guī)程進(jìn)行之前，首先對(duì)零件進(jìn)行工藝分析。其主要內(nèi)容包括： 1． 分析零件的作用及零件圖上的技術(shù)要求。 2． 分析零件主要加工表面的尺寸、形狀及位置精度、表面粗糙度及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)； 3． 分析零件的材質(zhì)、熱處理及機(jī)械加工的工藝性。 如圖 所示的零件是演示裝置中的承重板，用作承擔(dān)板及以上的重量，并且用來(lái)固定支撐兩側(cè)的磁鐵支撐板。本零件生產(chǎn)類(lèi)型為小批量生產(chǎn)。下面該對(duì)零件進(jìn)行精度分析。 圖4-1 承重板 1、 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀分析 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 永磁體的安裝注意 圖4-2 承重板零件圖 由零件圖可知產(chǎn)品為板型落料，沖孔，對(duì)稱(chēng)，有尖角?？着c孔之間的距離為194mm、340mm，螺紋孔之間的距離為270mm、60mm，板料厚度為10mm。 2、 產(chǎn)品尺寸、粗糙度、材料 1) 產(chǎn)品尺寸、粗糙度由零件圖可知。 2) 產(chǎn)品材料分析： 由零件圖知，該稱(chēng)重板的材料為Q235-A，Q235-A的韌性和塑性較好，有一定的伸長(zhǎng)率，具有良好的焊接性能和熱加工性。最低抗拉強(qiáng)度為370Mpa，具有成本低、韌性、塑性好。切結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工數(shù)量為單件小批量生產(chǎn)。 3、 制訂承重板的工藝過(guò)程 加工順序?yàn)橄让婧罂?，以加工好的平面?lái)定位，再來(lái)加工孔。由于孔均勻分布在零件平面上，先加工好平面，鉆孔時(shí)，鉆頭不易引偏，擴(kuò)孔或絞孔時(shí)，刀具也不易崩刃。 4、 定位基準(zhǔn)的選擇 單件小批生產(chǎn)的零件一般用的裝配基面做定位基準(zhǔn) 5、 承重板的加工工藝路線(xiàn)簡(jiǎn)述 表4-1 承重板工藝路線(xiàn)簡(jiǎn)述 工序 工序名稱(chēng) 工序內(nèi)容 設(shè)備 工藝裝備 1 切割毛坯 根據(jù)零件圖切割符合尺寸的毛坯 切割機(jī) 切割機(jī) 2 粗、精加工 粗、精加工承重板的表面 銑臺(tái) 銑刀 3 劃線(xiàn) 以粗加工的表面為基準(zhǔn)，對(duì)表面進(jìn)行劃線(xiàn)。 劃線(xiàn)臺(tái) 劃針 4 鉆孔，锪平孔 絞絲螺紋孔 加工孔、锪平孔、螺紋孔 鉆孔機(jī) 鏜刀 第5章 永磁體的安裝注意 5.1 永磁體 目前，常用的永磁體材料有鋁鎳鈷、鋇鐵氧體和鍶鐵氧體、釤鈷、和釹鐵硼，這是按發(fā)明的先后順序排列的；若按年產(chǎn)噸位排列則為：鐵氧體、釹鐵硼、鋁鎳鈷、釤鈷。本文使用的是釹鐵硼。 釹鐵硼永磁體是一種儲(chǔ)能材料，可以在一定空間內(nèi)產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。由于其極高的矯頑力和磁能積，特別是在20℃～150℃環(huán)境下相對(duì)于其它永磁體的優(yōu)異表現(xiàn)，使得釹鐵硼永磁材料在多種領(lǐng)域特別是現(xiàn)代高科技領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。其應(yīng)用從物理原理上我們可以分為以下幾種： 　　1、電能--機(jī)械能轉(zhuǎn)換，如：電動(dòng)機(jī)，揚(yáng)聲器，VCM音圈電機(jī)等； 　　2、機(jī)械能--電能轉(zhuǎn)換，如：發(fā)電機(jī)，受話(huà)器，測(cè)量?jī)x表等； 　　3、機(jī)械能--機(jī)械能，如：磁分離，磁懸浮，磁傳動(dòng)，磁吊磁吸盤(pán)等； 　　4、利用磁場(chǎng)的物理效應(yīng)，如：磁共振，磁化除蠟，磁化節(jié)油等。 釹鐵硼主要的影響因素： ①環(huán)境溫度。由于燒結(jié)釹鐵硼具有負(fù)的溫度系數(shù)（αBr<-0。13%/℃，αHcj<-0。6%/℃），所以使用環(huán)境的瞬間最高溫度和持續(xù)最高溫度都會(huì)對(duì)磁體本身產(chǎn)生不同程度的退磁，包括可逆的和不可逆的，可恢復(fù)的和不可恢復(fù)的。 ②環(huán)境濕度。釹鐵硼本身是易腐蝕，氧化的，一般我們采取表面處理的方式來(lái)保護(hù)永磁體，但并不能從根本上解決環(huán)境濕度對(duì)磁體的影響。環(huán)境愈干燥，磁體的使用壽命就愈長(zhǎng)久。[[] 朱后定.常用永磁材料的特性參數(shù).常用材料及應(yīng)用知識(shí)講座.2007年 ] 5.2 釹鐵硼的安裝注意 注意事項(xiàng): 1． 磁鐵材料為釹鐵硼，磁性非常強(qiáng)，操作時(shí)應(yīng)避免手或身體的其他部分被磁鐵夾住，對(duì)于尺寸較大的磁鐵更應(yīng)重視人身安全和防護(hù)。 2． 切勿將磁鐵接近電子醫(yī)療器械或攜帶起搏器等醫(yī)療設(shè)備的人。 3． 磁鐵在使用過(guò)需確保工作場(chǎng)所潔凈，以免鐵屑等細(xì)小雜志吸附在磁鐵表面影響產(chǎn)品的正常使用。 4． 釹鐵硼磁鐵磁性非常強(qiáng)，如對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)烈沖擊，磁體會(huì)破碎并飛散，磁碎片可能會(huì)飛入眼中，小心使用。 5． 釹鐵硼磁鐵適宜存放在通風(fēng)干燥的室內(nèi)，酸性、堿性、有機(jī)溶劑、水中、高溫潮濕的環(huán)境容易使磁體產(chǎn)生銹蝕，鍍層脫落磁體粉化退磁。對(duì)于未電鍍的產(chǎn)品更應(yīng)注意，存放時(shí)可適當(dāng)涂油防銹。 6． 遇熱后，釹鐵硼磁鐵的磁性性能會(huì)大大降低。 7． 在使用或保管磁鐵時(shí)，避開(kāi)含有腐蝕性氣體、導(dǎo)電性高的環(huán)境、酸性環(huán)境、有機(jī)溶劑等。否則會(huì)引起磁體腐蝕及磁性能和機(jī)械強(qiáng)度的減弱。 8． 磁體硬而脆，因此在用于振動(dòng)、沖擊等場(chǎng)合時(shí)，可能會(huì)斷裂、脫落等現(xiàn)象 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn) 第6章 總結(jié)與展望 6.1 本文主要工作 本文首先建立起浮動(dòng)磁座和固定磁座筋板的基礎(chǔ)模型，選擇安裝導(dǎo)向輪后，然后通過(guò)ANSYS MAXWELL有限元模塊MAXWELL 2D對(duì)永磁磁懸浮裝置進(jìn)行靜態(tài)分析、ANSYS有限元對(duì)永磁裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析，最后對(duì)永磁磁懸浮演示裝置的進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，做出符合要求的永磁磁懸浮裝置。 整個(gè)實(shí)驗(yàn)的核心在于裝置的力學(xué)特征分析，確定裝置的豎直方向受到的最大磁力以及承重板在500MPA下的最大變形。另外裝置選擇及優(yōu)化，零件加工工藝、永磁安裝方式也是裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 通過(guò)本次的永磁磁懸浮裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們不難發(fā)現(xiàn)永磁磁懸浮在懸浮力、經(jīng)濟(jì)性、平衡性、環(huán)境適應(yīng)性這些方面擁有極大的優(yōu)勢(shì)，并且裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，值得在更多的行業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行推廣。 6.2 展望 通過(guò)本次永磁磁懸浮裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們覺(jué)得永磁磁懸浮技術(shù)相對(duì)于常導(dǎo)、超導(dǎo)來(lái)說(shuō)降低了對(duì)電力的依賴(lài)，減少了能耗。并且永磁磁懸浮的裝置相對(duì)的簡(jiǎn)單，促使它可以在更復(fù)雜的環(huán)境中可以運(yùn)用，并且經(jīng)濟(jì)性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 我們認(rèn)為未來(lái)的永磁磁懸浮的發(fā)展方向是針對(duì)于更復(fù)雜的自然環(huán)境或者工作環(huán)境裝置開(kāi)發(fā)相對(duì)應(yīng)的裝置，以及在現(xiàn)今技術(shù)相對(duì)成熟的領(lǐng)域中在使用結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化或者進(jìn)行結(jié)構(gòu)的升級(jí)，以便于達(dá)到更好的機(jī)械性能。永磁技術(shù)的發(fā)展另一方面是在于永磁材料技術(shù)的進(jìn)步，物理性能更好、經(jīng)濟(jì)性更佳的材料對(duì)于該技術(shù)的推廣是至關(guān)重要。 磁懸浮列車(chē)一直以來(lái)是該行業(yè)的關(guān)注熱點(diǎn)，永磁磁懸浮技術(shù)擁有其他磁懸浮技術(shù)無(wú)可取代的優(yōu)勢(shì)。在下一代磁懸浮列車(chē)的開(kāi)發(fā)中，永磁技術(shù)有很大的可能性投入使用，改善現(xiàn)在磁懸浮列車(chē)的噪音和能耗缺陷。 磁懸浮軸承則是我國(guó)國(guó)計(jì)民生的重點(diǎn)項(xiàng)目，我國(guó)的該項(xiàng)技術(shù)目前還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段和少部分行業(yè)運(yùn)用中，我們一致希望盡快開(kāi)發(fā)出真正可以產(chǎn)業(yè)化的大型磁懸浮軸承，滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性。 總之，永磁磁懸浮技術(shù)終究會(huì)以其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)進(jìn)入我們的生產(chǎn)生活中。 參考文獻(xiàn) [1] 李維暉，張宏.磁懸浮裝置的設(shè)計(jì)與研究. 北京. 北京理工大學(xué) [2] 劉強(qiáng).典型零件加工工藝分析.無(wú)錫.無(wú)錫技術(shù)師范學(xué)院 [3] 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第一卷..化學(xué)工業(yè)出版社 [4] 張士勇.磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望..長(zhǎng)安大學(xué)基礎(chǔ)部 [5] 張巖.ANSYS.WORKBENCE 15.0.有限元分析.機(jī)械工業(yè)出版社.2014 [6] 毛保華、黃榮、賈順平.磁懸浮技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用前景分析.北京交通 大學(xué) [7] 許進(jìn)峰.ANASY.WORKBENCE 15.0.完全自學(xué)一本通.電子工業(yè)出版社.201 [8] 王天錄、吳錦青.我國(guó)磁懸浮鐵路的發(fā)展?fàn)顩r.電氣化鐵道.2002年.第2期.38-41 [9] 繆炳榮、肖守訥、羅世輝、金鼎昌、雷成.磁懸浮車(chē)輛結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué).中國(guó)鐵道科學(xué).2006年1月.第27卷第一期.104-108 [10] 程建峰、蘇曉峰.磁懸浮列車(chē)的發(fā)展及應(yīng)用.高速列車(chē).2003年11月.第41卷11期.14-17 [11] 朱后定.常用永磁材料的特性參數(shù).常用材料及應(yīng)用知識(shí)講座.2007年 [12] 吳華.常導(dǎo)/超導(dǎo)磁懸浮演示裝置的控制.西南交通大學(xué).2006年6月 致謝 忙碌而緊張的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，在完成了永磁磁懸浮演示裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，我感到喜悅和自豪。在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，感謝艾凌節(jié)能技術(shù)有限公司給予我平臺(tái)和知道老師對(duì)我的指導(dǎo)。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我受益匪淺。經(jīng)過(guò)了2個(gè)月的奮斗，我學(xué)會(huì)了SolidWorks三維畫(huà)圖軟件和ANSYS、Maxwell有限元分析軟件。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我曾遇到一些困難，比如如何利用ANSYS分析受力，而在克服這些困難的過(guò)程中，我收到了艾凌節(jié)能有限公司同事的幫助。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步了解了永磁磁懸浮裝置的原理。