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1、 题 目： 永磁磁悬浮演示装置结构设计 I金陵科技学院学士学位论文 目录 目 录摘 要1Abstract3第一章 绪论4 1.1 永磁磁悬浮技术研究背景4 1.2 磁悬浮技术的研究现状9 1.3 本文的主要内容12第二章 磁悬浮演示装置的结构设计14 2.1结构组成14 2.2 磁悬浮演示装置的两大部分及建模14 2.2.1 浮动磁座部件14 2.2.2 固定磁座筋板17 2.3 导向轮的选择安装20 2.4 永磁磁悬浮演示装置的结构优化21第三章 永磁磁悬浮演示装置的力学特性分析23 3.1 ANSYS MAXWELL有限元分析23 3.1.1 MAXWELL有限元分析简介23 3.1.2
2、永磁磁悬浮装置的MAXWELL 2D静态分析23 3.2 ANSYS有限元分析29 3.2.1 永磁磁悬浮装置的结构静力学分析29 3.2.2 永磁装置的结构静力学分析29第四章 零件加工工艺的分析32 4.1 机械加工工艺的具体概念32 4.2 机械加工工艺流程32 4.3 制定机械加工工艺规程的内容和步骤34第五章 永磁体的安装注意38第六章 总结与展望40 6.1 本文主要工作40 6.2 展望40参考文献42致谢43III金陵科技学院学士学位论文 Abstract永磁磁悬浮演示装置结构设计摘 要永磁磁悬浮技术是集电磁学、 电子技术、 控制工程、 信号处理、 机械学、 动力学为一体的典型
3、的机电一体化技术。随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进展, 永磁磁悬浮技术得到了长足的发展。目前国内外研究的热点是磁悬浮轴承和磁悬浮列车, 而应用最广泛的是磁悬浮轴承。它拥有无接触、无摩擦、使用寿命长、不用润滑以及高精度等特殊的优点。本文设计的永磁磁悬浮演示装置主要用于展示永磁磁悬浮原理，通过该装置体现永磁磁悬浮零能耗悬浮、无电磁辐射等特点，从模型角度去研究该技术在列车、轴承等领域的运用可行性。永磁悬浮，是运用永久磁铁与轨道相斥并保持在槽口中线可悬浮运行，导向轮可实现零磨擦运行，机械向能接近零磨擦。主要是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁
4、铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。关键词：永磁；磁悬浮；演示装置；结构优化设计Permanent maglev demonstration device designAbstractMaglev technology is a concentration of electromagnetism, electronic technology, control engineering, signal processing, mechanics, dynamics as one of the typical electromechanical integration technology.A
5、s 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
6、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 use
7、d 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.P
8、ermanent 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 t
9、he ability to resist gravity, namely magnetic levitation.Key words: permanent magnet; maglev; Demonstration unit43金陵科技学院学士学位论文 第一章 绪论第一章 绪论1.1 永磁磁悬浮技术研究背景磁悬浮是利用悬浮磁力使物体处于一个零摩擦、零接触的悬浮平衡的状态。至今，以出现三种类型的磁悬浮技术。一是以日本为代表的超导电动磁悬浮；二是以德国为代表的常导电式磁悬浮；三是中国的永磁磁悬浮。其中，电磁磁悬浮技术简称EML技术，它主要是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。一
10、般通过线圈的交变电流为10000-1000000Hz。另一种永磁磁悬浮技术是利用永久磁铁间的吸力和斥力代替电磁磁悬浮技术中洛伦磁力来实现悬浮技能，永磁磁悬浮技术不需要电力和其他任何动力支持。目前，磁悬浮技术在工业上得到广泛运用，尤其是在磁悬浮列车领域内应用较为成熟。（上述能否合为一段）磁悬浮技术的研究是来源于德国，早在1922年电磁磁悬浮原理就被Hermann kemper 先生提出来了，并在1934年申请了磁悬浮列车专利。进入70年代后，随着工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，美国、日本、加拿大、法国、英国等国家继而开始筹划磁悬浮运输的开发。根据当时轮轨极
11、限速度理论，科研者认为，须采用新式运输系统，即不依赖轮轨。这种认识引起许多国家的科研部门的兴趣，但后来全都放弃，以至于目前只有德国和日本仍在继续进行磁悬浮的研究，并且都取得了令人瞩目的进展。目前，磁悬浮可分为三种主要的应用方式：1、电磁吸引控制悬浮方式电磁吸引控制方式是利用导磁与电磁铁之间的吸引力，绝大部分磁悬浮技术几乎都采用该技术。虽然这种吸引力在原理上是一种不稳定的力，但通过控制电磁铁电流的大小，可以将悬浮气隙保持在一定数值上。随着现代驱动元器件高性能和控制理论的发展，这种方式得到了广泛的运用。同时，在此技术的基础上也有科研人员提出了把需要大电流励磁的电磁铁部分替换成可控的永久磁铁的方案，
12、并作了深入研究。这种方案可以大幅度的降低励磁损耗，甚至在额定悬浮高度时不需要能量，是一个非常值得注目的新技术。2、 感应斥力控制方式感应斥力控制方式利用了磁铁或磁力线圈和短路线圈之间的斥力。为了得到金陵科技学院学士学位论文 第一章 绪论斥力，励磁线圈和短路线圈之间须有相对的运动。这种方式主要运用超导磁悬浮列车的悬浮装置中。3、 永久磁铁斥力悬浮方式永久磁铁斥力悬浮控制方式是利用永久磁体间的斥力，一般产生的斥力为1kg/cm。根据磁铁材料的不同，其产生的斥力会随之变化。但由于横定位移的不稳定因素，需要从力学角度来安排磁铁的位置。随着稀土材料的普及，永久磁铁斥力悬浮方式将会被更多的应用到各个领域。
13、磁悬浮列车是现代高科技发展产物。其原理是利用磁力抵消地球引力，通过直线电机进行直接牵引，使列车悬浮在轨道上运行。其研究和制造涉及了自动控制、直线推进技术、电力电子技术、机械设计制造、故障的诊断和检修等众多学科，技术十分复杂，是一个国家科技实力和工业水平的重要标志。磁悬浮列车与普通的列车相比，具有低噪音、节能、高速高效和安全舒适的特点，有着“零高度飞行器”的美称，是一个具有广阔前景的新型交通工具。磁悬浮列车根据其悬浮系统设计的不同，分为三大类型：1、 常导磁悬浮列车，以德国高速常导磁悬浮列车transrapid为代表。Transrapiad是利用普通直流电磁铁电磁力吸力的原理将列车悬起，悬浮的气
14、隙较小，一般为10mm左右。常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时500公里以上，适合用于城市之间的长距离运输。 图1-1 德国Transrapid悬浮原理示意图常导磁悬浮列车工作时，首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁吸力，与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下，使车轮与轨道保持一定的侧向距离，实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关，所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。常导磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道，当作为定子的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样，当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。2、 超
