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    产品类别:直线电机

    产品简介:摘 要 永磁直线电机是一种具有很高定位精度的新型电机。差异与其他励磁的直线电机,它采用永磁体行为励磁源。酌量其磁场漫衍及力特征具有主要道理。相关于古代的解析法,有限

产品说明

  摘 要 永磁直线电机是一种具有很高定位精度的新型电机。差异与其他励磁的直线电机,它采用永磁体行为励磁源。酌量其磁场漫衍及力特征具有主要道理。相关于古代的解析法,有限元数值解析能够缩短电机的打算周期及节减打算本钱,可对直线电机的磁场及力得出正确的解析。ANSYS是一种正在工程中平常运用的有限元解析软件,采用该软件中的电磁场解析性能对永磁直线电机的磁场实行有限元的解析和盘算推算,并正在此解析的底子上对永磁直线电机的力场做进一步的盘算推算和解析,对永磁直线电机的打算具有主要的工程道理。 通过电磁场的有限元数值解析要领,诈欺通用有限元解析软件ANSYS12.0竖立平板型单边永磁直线电机的有限元模子,解析其2维静态磁场,取得发端的解析结果,并正在这个解析的底子上对永磁直线电机的力场实行了进一步的解析,盘算推算直线电机的推力和法向力,连系永磁直线电机的静态磁场,酌量了永磁直线电机推力及法向力和电流蜕化的彼此闭联,对此后永磁直线电机的打算和酌量具有必然的参考道理。 闭头词:直线电机,数控非圆车削,有限元、ANSYS、电磁场 Abstract The permanent magnet linear motor is a kind of new electrical engineering that has the very high fixed position accuracy.The differents between the permanent linear motor and the type of non-permanent is that it adopts thepermanent be the source of dlux Opposite in traditional resolution method,Finite element analysis can shorten the design period of the electrical engineering and reduce to the design cost,it also can get the analysis of a precision tu the magnetic field and fotce of the linear motor the ansys8.0 is a finitr element analvtical software. Throught the method of the Finite element for the electromagnetic analysis,we use ANSYS8.0 creat a model for the Permanent magnet lineat motor with finite element method.We analysis its 2-D setaic magnetic and get the first result. Then we analysis the force field by finish the analysis of its magetic field We calaulate the thrust and normal force combining the analysis of the permanent magnet linear motor,study the relationship between thecurrent and thrust,normal force.The work for this paper can give some help and advice to the study and design of the permanent linear motor Keywords:Linear Motor,Numerically Controlled Non-circular Machining,ANSYS, Electromagnetic field, 目次 摘 要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1 直线按性能用处分类 10 1.5.3按就业道理分类 10 1.6 直线章 直线 直线电机正在proe软件中的修模 13 2.1.1 proe软件简介 13 2.1.2用proe软件实行修模 13 2.2 对竖立的模子正在ADAMS软件中实行为作仿线 ADAMS软件的先容 23 2.2.2 手脚仿线章 切削力和板状弹簧的有限元解析 26 3.1 小引 26 3.2 有限元软件ANSYS先容 26 3.2.1 ANSYS的解析历程 27 3.2.2 ANSYS软件供应的解析类型 28 3.3 ansys动态切削力解析 29 3.3.1 对直线电机板状弹簧的ansys有限元解析 29 3.3.2 对直线电机板小刀座切削力的ansys有限元解析 34 第4章 直线电机电磁场ansys解析 39 4.1 电磁场的有限单位法 39 4.1.1 根本方程 39 4.1.2 位函数及边境要求 39 4.1.3 有限元法的求解 42 4.2 电磁力盘算推算要领 42 4.2.1 电磁场的虚功法 42 4.2.2 电磁场的MAXWELL张量法 43 4.3求解及后处罚 46 参考文献 47 第1章 绪论 1.1 直线电机的繁荣 直线电机的史乘,最早可追溯到1840年,Wheatstone提出的直线年人们试制得胜第一台直线年,直线电机处于成立阶段,正在这一阶段,人们正在外面上做了许众的酌量,但因为实践要求的限度,没有显现更众实践成绩。从1930到1955年,直线电机起源了实践物色阶段。从1956到1970年,直线电机进入到开荒运用阶段。正在这偶然期,因为资料和独揽外面的繁荣,鞭策了直线],直线电机成为适用商品起源运用于军事、修设、民用、电力、农业、重工业、轻工业等各个周围中[7]。 我邦直线电机的酌量与运用繁荣是从上世纪70年代起源的,但与海外比拟,又有必然差异。 1.2 直线电机繁荣运用的概略 宇宙各邦直线电机酌量运用的概略 邦别 机构 (酌量开始时候) 酌量课题或者成绩、产物 首要代外人 日本:大学40余所、企工作50余家选拔部布列出 九州大学工学部 (1973年) LIM、LSM、磁浮列车 野中作太郎、藤并信男 武藤大学工学部 (1986年) LIM、LSM、LDM、LPM及独揽 海老原大树 东京大学工学部 LIM、LSM及超导磁浮列车 山村昌、正田英介、曾根悟 信州大学工学部 (1974年) LIM、LSM、LDM、LPM、LOA及独揽、检测、人工心脏等 山田一、肋若弘之 东京农工大学工学部 (1970年) LDM、LSM、电磁泵、检测 鹿野速男 早稻田大学 直线电机及装配 小贯天 日本大学工学部 (1980年) LIM、磁悬浮搬运,水中、海洋顶用直线电机 大平鹰一、川西利昌 铁道总研 磁悬浮列车 运输部 直线电机及正在地铁中的运用 东芝公司交通、开荒部 LSM,超导磁悬浮山梨线,LIM及搬运设置产物,电车用LIM等 荻原、掘上 富士电机公司 (1980年) LIM、电磁搅拌、LSM、自愿起落机、自愿门等产物 井上骏夫、奥山等 日本奥德斯 (OTIS) 直线电机电梯产物 大岛健二 日本工器 直线电机空压机、真空泵等产物 美邦 麻省理工学院 直线电机外面酌量 肯塔基大学 直线电机外面酌量 S.A.Nasar等 西屋电气公司 LIM及其百般装配 ANORAD公司 LDM、无刷LDM等 Chitayat等 英邦 英邦皇家学院 直线电机外面酌量thwaite 威尔斯大学电工、电子与编制工程学院 LIM、LSM、LDM、LPM等 H.Basaj 巴斯大学电子电工学院 LIM、LDM、LPM、LSM底子外面酌量 J.F.Eastham 直线驱动公司 (Linear Drives Ltd.) 4个系列的百般直线电机产物 德邦 亚琛工业大学电机酌量室 LIM、LSM、直线电机搬运装配、常导磁悬浮等 G.Henneberger 非论瑞工业大学 LIM、LSM、永磁直线电机、磁浮轴承等 H.Web 柏林工业大学 LSM,磁悬浮列车 P.Mnich 西门子公司 (Demage公司) 直线电机与磁悬浮列车 三个系列的百般直线电机产物 俄罗斯 俄防爆电气设置科学酌量院 直线电机驱动煤矿推车、运输车,直线电机驱动煤砖成形机,直线电机驱动擢升机 乌拉尔工业酌量所 直线电机驱动传送带设置 列宁格勒矿业学院 百般LIM及矿山运输编制 阿里山大尔 法邦 I.N.R.E.T.S LIM及磁悬浮装配 J.P.Pascal 加拿大 女王大学运用科学院 直线电机驱动输送编制,超导磁悬浮电磁刻板底子外面酌量 Tony.R.Ea-stham Graham.E.-Dawson 罗马尼亚 蒂米什瓦工业酌量院 LIM、LPM、LOA外面解析,驱动独揽 I.Bolden 乌克兰 乌克兰科学院 LPM,LOA及其运用 A.A.Afonin 基辅电工力学酌量所 刻板鱼的驱动装配等 直线感受电动机特意打算与实践所 LIM的打算及LIM汽车撞击试验线的成立 南非 开普敦大学电工系 直线电机的外面解析及战线电机电梯的酌量 J.F.Giieras 韩邦 汉阳大学电工系 LIM及搬运装配酌量 椎丙一 韩邦电气酌量所 常导磁悬浮列车 申判锡 中邦直线电机繁荣运用的概略 机构 (酌量开始时候) 酌量课题或成绩、产物 首要代外人 中邦科学院电工所 LIM及磁悬浮酌量,LPM及画图机产物,LSM、直线加快器、磁悬浮推动船等 徐善纲、金能强等 西安交通大学 LIM、LSM及百般运用,电磁锤、打箔机、压砖机、铁磁星散器等 陈世坤、鱼振民 太原工学院 筒型LIM,直线挽回电机、LOA、战线振动、传送带输送线酌量等 熊光煜、刘星达等 上海大学 LIM及百般运用、割麻、拦门、玻璃搅拌、邮政输送等 蔡廷锡、江修中、屠闭镇 北京煤矿干部统治学院 矿用LIM 张义儒等 江苏理工大学 LIM、LPM等 杨正林等 铁道部铁道院 常导磁悬浮列车酌量 李红等 西南交通大学 常导磁悬浮列车及LIM 连级三、林邦斌等 陕西直线电机刻板设置公司 LIM及矿用 推车等 乔中寿 杭州宇恒公司 LIM及冲压机、输送线等 杨贤诚 龙逛电器设置厂 筒型电机及设置 刘锦春 香港都会工程学院 LDM及声音设置适用化酌量 S.W.Leung 1.3 直线所示的a和b划分示意了一台挽回电机和一台直线 挽回电机和直线电机示希图 a)挽回电机 b)直线电机 直线电性能够以为是挽回电机正在组织方面的一种演变,它可看作是将一台挽回电机沿径向剖开,然后将电机的圆周展成直线所示。如许就取得了由挽回电机演变而来的最原始的直线电机。由定子演变而来的一侧称为低级,由转子演变而来的一侧成为次级。 图1-2 由挽回电机演变为直线电机的历程 a)沿径向剖开 b)把圆周展成直线中演变而来的直线电机,其低级和次级长度是相称的,因为正在运转时低级和次级之间要做相对运动,倘若正在运动起源时,低级与次级正巧对齐,那么正在运动中,低级与次级之间彼此耦合的局限越来越少,而不行寻常运动。为了保障正在所需的行程畛域内,低级和次级之间的耦合能维系褂讪,于是宇宙运用时,是将低级与次级成立成差异的长度。因为段低级正在成立本钱上,运转的用度上均比短次级低得众,于是大凡采用短低级长次级。如图1-3所示。 图1-3 单边型直线电机 a)短低级 b)短次级 正在图1-3中所示的直线电机中仅正在一边安排低级,关于如许的组织型式称为单边型直线电机。特征是正在低级与次级之间存正在着很大的法向吸力,大凡这个法向吸力正在钢次级时约为推力的10倍阁下,大家半场所这种吸力是不指望存正在的。 图1-4 双边型直线电机 a)短低级 b)短次级 正在图1-4中所示的直线电机正在次级的双方都装上了低级。如许这个法向吸力就能够彼此抵消,这种组织型式称为双边型。 上述先容的直线电机称为扁平型直线电机,是目前运用最为平常的,除此除外直线电机还能够做成圆筒型(也称管型)组织,它也能够看作是由挽回电机演变过来的,演变历程如图1-5所示。 图1-5 挽回电机演造成圆筒型直线电机的历程 a)挽回电机 b)扁平型单边直线电机 c)圆筒型(管型)直线a示意一台挽回电机以及由定子绕组所组成的磁场极性漫衍情状;图1-5b示意改变为扁平型直线电机后,低级绕组所组成的磁场极性漫衍情状,然后将扁平型直线电机沿着和直线运动相笔直的宗旨卷接成筒形。如许就组成图1-5c所示的圆筒型直线电机。 直线电机又有圆弧型和圆盘型组织。所谓圆弧型组织,即是将平板型直线电机的低级沿运动宗旨改成圆弧型,并安排于圆柱次级的柱面外侧,如图1-6所示。 图1-6 圆弧型直线 圆盘型直线是圆盘型直线电机,该电机把次级做成一片圆盘,将低级放正在次级圆盘亲近边沿的平原上,圆盘型直线电机的低级能够是双面的,也能够是单面的。圆弧型和圆盘型直线电机的运动实践上是一个圆周运动。 1.4 直线电机的就业道理 直线电机不单正在组织上相当于是从挽回电机演变而来的,并且其就业道理也与挽回电机宛如。 图1-8 挽回电机的根本就业道理 1-定子 2-转子 3-磁场宗旨 将图1-10所示的挽回电机正在顶上沿径向剖开,将圆周拉直,造成了图1-9所示的直线电机。正在直线电机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后,也会产发怒隙磁场。当不思考因为死心两头开断而惹起的纵向边端效合时,这个气隙磁场的漫衍情状与挽回电机的宛如,可算作沿张开的直线宗旨呈正弦形漫衍。当三相电流随时候蜕化时,气隙磁场将按A 、B、C相序沿直线转移。这个道理与挽回电机的宛如,区别正在于:这个磁场是平移的,而不是挽回的,于是称为行波磁场。 行波磁场的转移速率与挽回磁场正在定子内圆皮相上的线速率是相似的,即为Vs(m/s),称为同步速率,且 Vs=2fτ (1.1) 再来看行波磁场对次级的效用。假定次级为栅形次级,图1-9中仅画出此中的一根导条。次级导条好手波磁场切割下,将感受电动势并发作电流。而整个导条的电流和气隙磁场彼此效用便发作电磁推力。正在这个电磁推力的效用下,倘若低级是固定不动的,那么次级即是顺着行波磁场运动的宗旨作直线运动。若次级转移的速率用V示意,转差率用S示意,则有 (1.2) 图1-9 直线电机的根本就业道理 正在电动机运转状况下,S正在0与1之间。上述即是直线电机的根本就业道理。 1.5 直线按组织形势分类 直线电机的分类正在差异的场所下有差异的分类型式。按其组织型式首要可分为扁平型、圆筒型(管型)、圆盘型和圆弧型四种。 扁平型直线电机,即为一种扁平的矩形组织的直线b,它有单边型和双边型之分。每种型式下又划分由短低级长次级或长低级短次级。 圆筒型直线电机,即为一种外形如挽回电机的圆柱形的直线所示。这种直线电机大凡均为短低级长次级型式。 圆盘型直线电机,即为电机的次级是一个圆盘,差异型式的低级驱动圆盘次级做圆周运动,如图1-7所示。其低级能够是单边型也能够是双边型。 圆弧型直线所示,它的运动形势是挽回运动,且与普及挽回电机卓殊靠近。圆弧型与圆盘型的首要区别,正在于次级的形势和低级对次级的驱动点有所差异。 按以上组织型式分类的直线-10 直线按性能用处分类 直线电机按其性能用处首要能够分为力电机、功电机和能电机。 力电机 力电机是指单元输入功率所能发作的推力,或者单元体积所能发作的推力,首要用于正在静止物体上或低速的设置上施加必然的推力的直线电机。它以短时运转、低速运转为主,比方阀门的开闭、刻板手的操作等等。 功电机 功电机首要行为永恒衔接运转的直线电机,它的机能量度的目标与挽回电机根本相似。即可用效果、功率因数等目标来量度其电机机能的优劣。比方高速磁悬浮列车,百般高速运转的输送线.能电机 能电机是指运动构件正在短时候内所能发作的极高能量的驱动电机,它首要是正在短时候、短间隔内供应远大的直线运动能,比方导弹、鱼雷的发射等等。 1.5.3按就业道理分类 直线电机按其就业道理可分为两个大的方面,即直线电动机和直线驱动器,直线电动机席卷互换直线感受电动机、互换直线同步电动机、直线直流电动机和直线步进(脉冲)电动机、混杂式直线电动机等。直线驱动器席卷直线振荡电动机、直线电磁螺线管电动机、直线 直线电机的运用 直线电机平常运用于民用、工业、军事等行业中。 (1)正在交通运输业中,我邦于2002年得胜出产出由直线电机拖动的磁悬浮列车采用全新的外形弧线,流线型枪弹头前围。车长米,宽米,空重吨,内设个座位,可载负人,最大载重量为吨,打算时速公里小时,试验时速公里小时直线电机驱动的电梯宇宙上第一台运用直线月装配于日本东京都闭岛区万世大楼,该电梯载重600kg,速率为105m/min,擢升高度为22.9m。因为直线电机驱动的电梯没有曳引机组,于是修设物顶的机房可省略。倘若修设物的高度增至1000米阁下,就必需运用无钢丝绳电梯,这种电梯采用高温超导身手的直线电机驱动,线圈装正在井道中,轿厢外装有高机能永磁资料。。直线电机驱动就业台,速率为古代传动式样的30倍,加快率是古代传动式样的10倍,最大可达10g;刚度降低了7倍;直线电机直接驱动的就业台无反向就业死区;因为电机传动惯量小,由其组成的直线伺服编制能够到达较高的频率反映[4]。 (6)正在军事行业中,美邦电气与电子工程师(IEEE)学会《SPECTRUM ONLINE网站》2004年11月12日报道,美舟师起源测试两套使航空母舰弹射飞机的式样产生革命性蜕化的编制。电磁飞机弹射编制的心脏是103米长的直线感受电动机电磁飞机弹射编制具有更好的机能和和弹射独揽畛域,适合弹射飞机的畛域很广。它将加快飞机的重量约正在4.5~45吨,弹射速率正在100~370千米/小时之间,独揽聪慧度灵敏,这是蒸汽弹射器不行到达的。 Pro/E(Pro/Engineer操作软件)是美邦参数身手公司(Parametric Technology Corporation,简称PTC)的主要产物。正在目前的三维制型软件周围中占领着主要职位,并行为当今宇宙刻板CAD/CAE/CAM周围的新轨范而取得业界的认同和扩展,是现今最得胜的CAD/CAM软件之一。 Pro/E第一个提出了参数化打算的观念,而且采用了简单数据库来办理牲的干系性题目。其余,它采用模块化式样,用户能够按照自己的必要实行选拔,而不必装配整个模块。Pro/E的基于特性式样,或许将打算至出产全历程集成到一块,完毕并行工程打算。它不只能够运用于就业站,并且也能够运用到单机上。 Pro/E采用了模块式样,能够划分实行草图绘制、零件修制、装置打算、钣金打算、加工处罚等,保障用户能够依照我方的必要实行选拔运用。 1. 参数化打算和特性性能 Pro/Engineer是采用参数化打算的、基于特性的实体模子化编制,工程打算职员采器具有智能特征的基于特性的性能去天生模子,如腔、壳、倒角及圆角,您能够粗心勾勒草图,随便转折模子。这一性能特征给工程打算者供应了正在打算上从未有过的轻便和灵敏。 2. 简单数据库 Pro/Engineer是竖立正在团结下层上的数据库上,不象少少古代的CAD/CAM编制竖立正在众个数据库上。所谓简单数据库,即是工程中的材料通盘来自一个库,使得每一个独立用户正在为一件产物制型而就业,不管他是哪一个部分的。换言之,正在全盘打算历程的任何一处产生改动,亦能够前后反响正在全盘打算历程的干系闭节上。比方,一朝工程详图有转折,NC(数控)器材途径也会自愿更新;拼装工程图如有任何转变,也完整同样反响正在全盘三维模子上。这种特殊的数据组织与工程打算的完美的连系,使得一件产物的打算连系起来。这一利益,使得打算更优化,制品德地更高,产物能更好地推向市集,代价也更低贱。 2.1.2用proe软件实行修模 (1)点击桌面上proe图标,进入proe操作页面,新修proe文献如图2-1所示 图2-1 (2)起源修模,选拔新修,零件,如图2-2,以下为首要零件图,每张图中左侧显示历程为的确操作举措。 图2-2 图2-2骨架维持 图2-3底板 图2-4后盖 图2-5内铁芯 图2-6 前壳 图2-7外铁芯 图2-8位移传感器 图2-9线内铁芯 图2-17磁钢 把画好的零件正在proe中实行装置 告终零件打算后,将打算的零件按打算央求的管制要求或连合式样装置正在一块才具变成一个完美的产物或机构装配。诈欺Pro/E供应的“组件”模块可完毕模子的拼装。正在Pro/E编制中,模子装置的历程即是依照必然的管制要求或连合式样,将各零件拼装成一个完全并能满意打算性能的历程。 装置历程如下: ①模子的装置操作是通过元件安排操控板来完毕的。单击菜单【文献】→【新修】夂箢,正在掀开的〖新修〗对话框落选择“组件”,如图2-18所示。单击【确定】按钮,进入“组件”模块就业境遇。 图2-18 ②正在组件模块就业境遇中,单击按钮 或单击菜单【插入】→【元件】→【装置】夂箢,正在弹出的〖掀开〗对话框落选择要装置的零件后,单击【掀开】按钮,之后按所必要的宗旨安排。 ③正在不停导入零件,实行装置,大凡正在装置中常用的管制有相切、插入、立室、对齐等。大凡正在采用中能够运用自愿,软件会自愿识别你必要的管制要求。 ④反复②和③举措,装置其他零件。 ⑤保留装置体文献,告终装置体打算 (4)下面以直线测速机为例,实行装置,如图2-19,和图2-20 图2-19 图2-20 ① 单击新修,选拔创修组件,然后单击确定, ②选拔插入零件,先选拔主体局限,以是选拔支架,导入。如图2-21 图2-21 图2-22 ③再导入配合的下一个零件,大凡装置时要思考装置零件的顺次,下面先导入内知心,内铁芯先管制两个平面无间隙对齐,正在管制两个轴线 ④正在导入外铁芯,管制一个平面无间隙对齐,两个轴线 ⑤不停导入线圈骨架先采用有间隙对齐,设备间隙间隔,正在让两个轴线 ⑥结尾增加磁钢,同样先选拔面无间隙对齐,再选拔轴线 ⑦结尾实行保留。 (5)proe中装置历程根本如上所述,正在装置历程中不单能够导入零件还能够导入以前装置好的装置体,好比正在咱们装置结尾的总装置体中就要用到咱们之前装置好的直线测速机,然则装置历程没有区别,能够把其当成一个零件,寻常装置。总装图如图2-26和2-27 图2-26 图2-27 结语 运用proe创修模子相比照较粗略专业,还能够实行二维图的天生,操作也比拟粗略,正在修模方面照样比其他软件要好些,也能够实行仿真运动,和少少粗略的力学解析,然则后面的仿真咱们用的adams软件,正在仿真解析方面更专业,而力学解析咱们用ansys,又有磁场解析等懂用到ansys。 2.2 对竖立的模子正在ADAMS软件中实行为作仿线 ADAMS软件的先容 ADAMS,即刻板编制动力学自愿解析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems),该软件是美邦MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开荒的虚拟样机解析软件。ADAMS仍然被全宇宙各行各业的数百家首要成立商采用。按照1999年刻板编制动态仿真解析软件邦际市集份额的统计材料,ADAMS软件发售总额近八切切美元、攻陷了51%的份额,现仍然并入美邦MSC公司。 ADAMS,即刻板编制动力学自愿解析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems),该软件是美邦MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开荒的虚拟样机解析软件。目前,ADAMS己经被全宇宙各行各业的数百家首要成立商采用。按照1999年刻板编制动态仿真解析软件邦际市集份额的统计材料,ADAMS软件发售总额近八切切美元、攻陷了51%的份额。 ADAMS软件运用交互式图形境遇和零件库、管制库、力库,创修完整参数化的刻板编制几何模子,其求解器采用众刚体编制动力学外面中的拉格郎日方程要领,竖立编制动力学方程,对虚拟刻板编制实行静力学、运动学和动力学解析,输出位移、速率、加快率和反效用力弧线。ADAMS软件的仿真可用于预测刻板编制的机能、运动畛域、碰撞检测、峰值载荷以及盘算推算有限元的输入载荷等。 ADAMS一方面是虚拟样机解析的运用软件,用户能够利用该软件卓殊轻易地对虚拟刻板编制实行静力学、运动学和动力学解析。另一方面,又是虚拟样机解析开荒器材,其盛开性的次序组织和众种接口,能够成为卓殊行业用户实行卓殊类型虚拟样机解析的二次开荒器材平台。ADAMS软件有两种操作编制的版本:UNIX版和Windows NT/2000版。本书将以Windows 2000版的ADAMS l2.0为底本实行先容。 ADAMS软件由根本模块、扩展模块、接口模块、专业周围模块及器材箱5类模块构成。如图所示: ADAMS软件模块 根本模块 用户界面模块 ADAMS/View 求解器模块 ADAMS/Solver 后处罚模块 ADAMS/Postprocessor 扩展模块 液压编制模块 ADAMS/Hydraulics 振动解析模块 ADAMS/Vibration 线性化解析模块 ADAMS/Linear 高速动画模块 ADAMS/Animation 试验打算与解析模块 ADAMS/Insight 耐久性解析模块 ADAMS/Durability 数字化妆置回放模块 ADAMS/DMU Replay 接口模块 柔性解析模块 ADAMS/Flex 独揽模块 ADAMS/Controls 图形接口模块 ADAMS/Exchange CATIA专业接口模块 CAT/ADAMS Pro/E接口模块 Mechanical/Pro 专业周围模块 轿车模块 ADAMS/Car 悬架打算软件包 Suspension Design 观念化悬架模块 CSM 驾驶员模块 ADAMS/Driver 动力传动编制模块 ADAMS/Driveline 轮胎模块 ADAMS/Tire 柔性环轮胎模块 FTire Module 柔性体天生器模块 ADAMS/FBG 体验动力学模子 EDM 带动机打算模块 ADAMS/Engine 配气机构模块 ADAMS/Engine Valvetrain 正时链模块 ADAMS/Engine Chain 附件驱动模块 Accessory Drive Module 铁道车辆模块 ADAMS/Rail FORD汽车公司专用汽车模块 ADAMS/Pre(现更名为Chassis) 器材箱 软件开荒器材包 ADAMS/SDK 虚拟试验器材箱 Virtual Test Lab 虚拟试验模态解析器材箱 Virtual Experiment Modal Analysis 钢板弹簧器材箱 Leafspring Toolkit 飞机升降架器材箱 ADAMS/Landing Gear 履带/轮胎式车辆器材箱 Tracked/Wheeled Vehicle 齿轮传动器材箱 ADAMS/Gear Tool 2.2.2 手脚仿真历程 将用proe中竖立的装置图实体模子保留副本,保留成“x_t”的方式,、 掀开adams,正在adams中导入保留成“x_t”方式的总装实体的实体形式, 将装置图中的相应零件改成对应名称, 正在对应零件之间增加相应的管制,如图2-28 图2-28 第3章 切削力和板状弹簧的有限元解析 3.1 小引 ANSYS是一种融组织、热、流体、电磁和声学于一体的大型通用有限元软件,平常运用于水利、铁道、汽车、制船、流体解析等工业周围,可正在微机或就业站上运转,或许实行应力解析、热解析、流场解析、电磁场解析等众物理场解析及耦合解析,而且具有巨大的前后处罚性能。ANSYS的流场解析求解模块FLOTRAN基于能量守恒、质地守恒和动量守恒,能求解流场速率、压力、温度漫衍等参数。诈欺ANSYS软件对干气密封面组织处的流场实行仿真解析,或许为干气密封面组织的合理打算供应外面凭借。 ANSYS公司兴办于1970年,总部设正在美邦的宾夕法尼亚洲,目前是宇宙CAE行业中最大的公司。其创始人John Swanson博士为匹兹堡大学力学教化、有限元界巨擘。正在30众年的繁荣历程中,ANSYS络续纠正降低,性能络续加强,目前最新的版本已繁荣到12.0版本,本文解析运用的是ANSYS 12.0。 3.2 有限元软件ANSYS先容 有限元法全称是有限单位法(Finite Elment Method),是求解数学物理题目的一种数值盘算推算要领。正在办学周围,有限元的思念早正在20世纪40年代就被提出,最初用于飞机打算。尔后,该要领取得繁荣并平常用于组织解析、液体力学、电磁场盘算推算等物理和工程题目之中。 有限单位法最主要的实质即是区域剖分和分区插值。区域剖分也即是全盘区域被分裂成许众小区域,单位由节点和单位边组成。 Ansys的上风,关于特定的物理学周围,ANSYS 的软件可让用户能更深刻地研究,从而办理更众品种的题目,处罚更为杂乱的情状。除了 ANSYS 外,没有哪家工程仿真软件供应商能供应这样深刻的身手才华。 ANSYS 的身手涵盖众个学科周围。非论是必要组织解析、流体、热力、电磁学、显式解析、编制仿真照样数据统治,ANSYS 的产物均能为各个行业的企业赢得得胜助一臂之力。ANSYS 正在所供应的工程仿真器材的广度和数目上堪称绝无仅有。 以真正耦合的式样运用 ANSYS 身手,开荒工程师即可取得契合实际要求的办理计划。归纳众物理场场产物组合能运用户诈欺集成境遇中的众个耦合物理场实行仿真与解析。 ANSYS 的成套产物极具灵敏性。非论是为企业中新手照样妙手运用;是单套布置照样企业级布置;是初度通过照样杂乱解析;是桌面盘算推算、并行盘算推算照样众核盘算推算,这一工程打算的高扩展性均能满意眼前与将来的需求。ANSYS 是唯逐一家能供应客户所需才华程度的仿真软件供应商,并且能随此类需求的繁荣无穷扩展。 工程打算与开荒可运用众种 CAD 产物、内部开荒代码、物料库、第三方求解器、产物数据统治流程等其他器材。与那些刻板、僵硬的编制差异,ANSYS 的软件具有盛开性和合适性特征,能完毕高效的就业流程。其它,其产物数据统治可使常识和体验正在就业组间与企业内的完毕共享。 3.2.1 ANSYS的解析历程 ANSYS的运用首要是三个方面,前处罚----修模与网格划分,加载设备求解,后处罚。 1.前处罚----修模与网格划分 第一,倡导不要运用自底向上的修模要领,而要运用自顶向下的修模要领。满盈谙习BLC4,CYLIND等几条直接天生图形的夂箢,通过这几条夂箢参数的蜕化,布尔操作的运用,就业平面的切割及其变换,能够得所必要的绝大家半实体模子,因为涉及的夂箢少,加添了运用的熟练水平,能够大大加快修模的效果。 第二,关于比拟杂乱的模子,一起源就正在限度坐标下竖立,以轻易模子的转移,正在分工协作将模子组合起来时,上风尤其昭着,同时,图纸中有几个定位尺寸,一起源就要界说几个限度坐标,正在修模的历程中可避免尺寸的换算。 第三着重修模思念的总结,好的修模思念往往能起到事半功倍的恶果。 第四,关于面网格划分,不必要思考照射要求,直接对全盘模子运用以下夂箢,MSHAPE,0,2DMSHKEY2,ESIZE,SIZE独揽单位的巨细,保障长边上发作单位的巨细与短边上发作单位的巨细根本相称,688彩票绝大局限都能天生卓殊正派的四边形网格,关于三维的壳单位,烦琐一点的即是给面赋于实常数,这能够通过满盈运用选拔夂箢,将实常数一致的面划分选出来,用AATT,REAL,MAT,赋于属性即可。 第五,关于体网格划分,要取得比拟美丽的网格,必要运用扫掠网格划分,而扫掠必要满意正经的要求,于是,杂乱的三维实体模子划分网格是一件比拟艰巨的就业,必要对模子屡屡的篡改,以满意扫掠要求,或者一起源修模就要思考到后面的网格划分;体单位巨细的独揽也是相当谙习;值得提神的是,正在天生网格时,应递次天生单位,即一个接着一个划分,不然,可以会发明有些满意扫策应掠的要求却不行天生扫掠网格。 2.加载求解 关于有限元模子的加载,相对而言是一件比拟粗略的就业,但当施加载荷或边境要求的面比拟众时,必要运用选拔夂箢将这些面通盘选出来,以保障施加的载荷和边境要求实在切性。 3.2.2 ANSYS软件供应的解析类型 (1)组织静力解析 用来求解外载荷惹起的位移、应力和力。静力解析很适合求解惯性和阻尼对组织的影响并不明显的题目。ANSYS次序中的静力解析不单能够实行线性解析,并且也能够实行非线性解析,如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触解析。 2)组织动力学解析 组织动力学解析用来求解随时候蜕化的载荷对组织或部件的影响。与静力解析差异,动力解析要思考随时候蜕化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可实行的组织动力学解析类型席卷:瞬态动力学解析、模态解析、谐波反映解析及随机振动反映解析。 3)组织非线性解析 组织非线性导致组织或部件的反映随外载荷不可比例蜕化。ANSYS次序可求解静态和瞬态非线性题目,席卷资料非线性、几何非线性和单位非线)动力学解析 ANSYS次序能够解析大型三维柔体运动。当运动的蕴蓄堆积影响动手要效用时,可运用这些性能解析杂乱组织正在空间中的运动特征,并确定组织中由此发作的应力、应变和变形。 5)热解析 次序可处罚热转达的三种根本类型:传导、对流和辐射。热转达的三品种型均可实行稳态和瞬态、线性和非线性解析。热解析还具有能够模仿资料固化和溶化历程的相变解析才华以及模仿热与组织应力之间的热-组织耦合解析才华。 6)电磁场解析 首要用于电磁场题目的解析,如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场漫衍、磁力线漫衍、力、运动效应、电道和能量耗损等。还可用于螺线管、调理器、发电机、变换器、磁体、加快器、电解槽及无损检测装配等的打算和解析周围。 7)流体动力学解析 ANSYS流体单位能实行流体动力学解析,解析类型可认为瞬态或稳态。解析结果能够是每个节点的压力和通过每个单位的流率。而且能够诈欺后处罚性能发作压力、流率和温度漫衍的图形显示。其余,还能够运用三维皮相效应单位和热-流管单位模仿组织的流体绕流并席卷对流换热效应。 8)声场解析 次序的声学性能用来酌量正在含有流体的介质中声波的散播,或解析浸正在流体中的固体组织的动态特征。这些性能可用来确定声音发话器的频率反映,酌量音乐大厅的声场强度漫衍,或预测水对振动船体的阻尼效应。 9)压电解析 用于解析二维或三维组织对AC(互换)、DC(直流)或放肆随时候蜕化的电流或刻板载荷的反映。这种解析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它电子设置的组织动态机能解析。可实行四品种型的解析:静态解析、模态解析、谐波反映解析、瞬态反映解析 ,为上下两头的平面供应定位,并通过螺钉夹紧。正在板状弹簧上部施加巨细为的笔直力,将惹起弹簧薄壁的弹性变形。板状弹簧正在打算中的职司是:能到达打算央求时其薄壁中部的厚度为众大:当线圈中通过最大的电流时,动子的位移能到达,正在用解析软件之前的打算是按照体验先确定一个厚度值h(大凡打算的比拟厚),实行实践出产,然后实行加工、装置,再通过试验丈量支承的刚度,如通过的电流也不行取得估计的位移,则必要对板形弹簧再加工,诈欺磨床磨削来减小厚度,然后再试验。络续反复上述历程,直达到到估计情状。很昭着这种要领的效果极低。 本文则是采用有限元软件ANSYS解析板状弹簧上部受到笔直力效用时正在X宗旨的形变量,再按照解析所得的形变量盘算推算出其刚度,从而盘算推算解析板状弹簧是否满意打算央求,并确实地确定其组织参数,如许就能够驯服过去打算的盲目性,从而缩短了打算、成立周期,消重了本钱。 板状弹簧的外形和其他参数如图3-1所示, 图3-1 板状弹簧的ansys的确解析历程, (1)为了正在后面实行菜单式样操作时的轻易,必要正在起源解析时就指定本文分 析领域为“Structural”。本文的题目能够定名为:“Analysis of a Axis Contacting a hole in a Disc”,的确的操作历程如下:采用菜单途径 Utility Menu File Change Title,将弹出 Change Title (篡改题目)对话框,正在 Enter new title (输入新题目)中输入新题目。如图3-2 图3-2 过滤图像界面,采用菜单途径 Main Menu Preference,将弹出 “Preference of GUI Filtering ”对话框。单击 Structual(组织)选项使之被选中,对后面的图形界面等过滤。再单击OK,选拔封闭。如下图所示。 界说单位类型,采用菜单途径Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete,将弹出Element Types (单位类型)对话框。单击对话框中的按钮。将弹出Library of Element Types (单位类型库)对线所示。 正在单位类型库对话框中,亲近左边的列外中,单击“Structural Solid”一次,使其高亮度显示,指定增加的单位类型为组织实体单位。然后,正在亲近右边的列外中,单击“Brick 8node 185”一次,选定单位类型Solid185 为第一类单位。单击对话框中的按钮,封闭对线 界说资料特征,采用菜单途径Main Menu Preprocessor Material Props Material Models,将弹出Define Material Model Behavior (资料模子界说)对线 正在对话框的右边选项框中,递次双击Structural Linear Elastic Isotropic,将弹出1号资料的弹性模量EX和泊松比PRXY的界说对线所示。正在线性各向同性资料属性对话框中的EX (弹性模量)文本框中输入“0.69E11”,PRXY (泊松比)文本框中输入0.34。单击对话框中的按钮封闭对线 导入几何模子并实行网格划分,正在proe中掀开弹簧实体模子,保留副本为 *.x_t方式,即保留类型选拔Proe(*.x_t),提神,文献名必需是英文或数字。输出 对话框钟,选拔 整个实体。正在ansys落选择文献顺次File→Import→PARA...→左侧框落选择你之前天生的*.x_t文献,选中,OK,导入告终。如图3-6,对导入的实体模子实行网格划分。采用菜单途径Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Tool掀开分网器材对线所示,对端面上的线实行分网独揽。正在网格划分器材对话框(Mesh Tool)中的尺寸独揽(Size Controls)区中,单击Lines (线单位)的按钮,将弹出Element Sizes on Picked Lines (选定线的单位尺寸界说) 拾取对话框。正在图形输出窗口中单击轴某个端面上的两条圆弧线,然后单击拾取对话框中的按钮,将弹出Element Sizes on Picked Lines (选定线的单位尺寸) 界说对线所示。正在线单位尺寸独揽对话框中的No. of element divisions (单位划分个数)文本框中输入“15”,指定轴沿周向划分15个单位。单击对话框中的按钮对设备实行确认。 图3-8 图3-9 结尾划分网格遣散,结果如图3-9所示。 (6)对弹簧施加管制并求解,如图3-10所示 图3-10 图3-11 源委求解后处罚取得X宗旨的形变图,其恶果如图3-11 3.3.2 对直线电机板小刀座切削力的ansys有限元解析 先正在proe中掀开画好的小刀座实体模子,选拔保留副本,选拔保留类型为.IGS,再掀开ansys,通过Fileimportigs选拔你适才保留好的igs模子,选拔如图3-12,导入模子如图3-13 图3-12 图3-13 过滤图像界面,历程和对版型弹簧相似,采用菜单途径 Main Menu Preference,将弹出 “Preference of GUI Filtering ”对话框。单击Structual(组织)选项使之被选中,对后面的图形界面等过滤。再单击OK,选拔封闭。 界说单位类型,采用操作顺次Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete,显现对话框,.点击,会显现如前面图3-3,选拔Solid,再选拔“Brick 8node 185”,确实实体单位类型。 图3-14 图3-15 (4)界说资料属性,选拔途径:Preprocessor Material Props Material Models-Structurallinear-elastic-isotropic,历程如图所示图3-14,3-15,双击,增加弹性模量为0.69e11,和泊松比0.34,点击OK。封闭对话框。 划分单位取得网格模子(结点及单位),操作途径:Preprocessor -Meshing-Meshtools,如图3-16所示。 图3-16 界说边境要求;选拔就业途径Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement,选拔连合接触面,ALL DOF ,全管制.点击ok,封闭窗口。 界说载荷,选拔就业途径:Solution →Define Loads →Apply →Structural→Pressure。加载正在一个接触线。 求解,就业途径:Solve →Current LS →OK,恭候解析,点击ok,封闭窗口。如图3-18, 图3-17 图3-18 后处罚,查看解析结果(变形和应力漫衍),就业途径:General Postproc →Plot Results →Deformed Shape,解析结果如图3-19.3-20. 图3-19 图3-20 第4章 直线电机电磁场ansys解析 4.1 电磁场的有限单位法 4.1.1 根本方程 1.麦克斯韦方程组 知名的麦克斯韦方程组是酌量总共宏观电磁场题目的底子,也是电磁场有限元解析的凭借和起点。其微分形势如下: (4.1) (4.2) (4.3) (4.4) 式中,H——磁场强度矢量;B——磁通密度矢量;E——电场强度矢量;D——电位移矢量;J——传导电流密度矢量;——自正在电荷体密度。 正在电磁场题目中的各向同性媒质中本构方程为 (4.5) 式中,ε——介电常数;υ——磁导率;σ——电导率。 正在线性匀称及各向同性的媒质中,ε、υ和σ为常数。以太平磁场为例,正在这里所谓线性,即是指媒质中各点磁通密度B的巨细与磁场强度H的巨细成正比,所谓匀称,即是指媒质的构成情状处处一致,各点的导磁机能也相似;所谓各向同性,即是指沿着空间差异宗旨,媒质的导磁机能一致,于是磁通密度矢量与磁场强度矢量正在空间有着统一宗旨;同畛域,这是只商酌线性,匀称,各向同性媒质。 4.1.2 位函数及边境要求 4.1.2.1 位函数的微分方程 麦克斯韦方程组是场矢量之间的闭联外达式,倘若直接用来求解电磁场题目,正在数学上存正在较大障碍。于是正在解析电磁场题目时,往往引入必然的位函数行为求解的辅助量。 (1)标量电位的偏微分方程 静电场是无旋场,电场强度矢量的旋度处处为零,而关于任一标量函数,其梯度的旋度恒为零,于是正在静电场中能够引入标量电位行为待求量 (4.6) 式中,为标量电位。 方程(2.6)中的负号示意电场强度矢量的宗旨老是指向电位减小率最大的宗旨,将该式代入静电场的根本方程式中,即可导出标量电位满意的偏微分方程,这是一个泊松方程 (4.7) (2)标量磁位的偏微分方程 由麦克斯韦方程式(2.1-2.4)可知,正在太平磁场的无电流区域,磁场强度矢量的旋度为零。这时能够引入标量磁位行为待求量 (4.8) 式中,为标量磁位。 将式(2.9)代入太平磁场的根本方程式中,提神到这时电流密度矢量J 0,即可导出标量磁位满意的偏微分方程,这是一个拉普拉斯方程 (4.9) (3)矢量磁位的偏微分方程 正在太平磁场的有电流区域,磁场强度矢量的旋度不为零,于是不行采用标量磁位实行求解。但思考到磁通密度矢量的散度恒为零,而关于任一矢量函数,其旋度的散度也是恒为零。于是能够引入矢量磁位来描绘场域中有电流存正在时的太平磁场题目。 (4.10) 式中,A为矢量磁位 正在平面磁场中,电流密度矢量J与矢量磁位A沿着Z轴宗旨,划分唯有一个分量Jc与Az。正在平面xoy上,Jc与Az是坐标x、y的函数。将上式代入太平磁场的根本方程式中,得矢量磁位满意的偏微分方程为 (4.11) 从以上简明的推导能够看出,标量电位和矢量磁位满意泊松方程,标量磁位满意拉普拉斯方程,这些方程统称为泛定方程。 4.1.2.2 位函数的边境要求 边境要求是求解电磁场题目的闭头。因为电磁场题目的杂乱性,正在许众情状下涌现为边境要求的众变性。差异的题目,有差异的边境要求;统一题目正在差异的情状下,也有差异的边境要求。正在平面电磁场题目中,设求解区域为,它的边境为,盘算推算所采用的变量为,边境要求每每分两种不怜悯况给出。 第一类边境要求为:正在边境上满意已知物理量 (4.12) 关于平面太平电磁场题目,第一类边境要求用位函数给出有以下三种形势: 标量电位 (4.13) 标量磁位 (4.14) 矢量磁位 (4.15) 第二类边境要求为:满意物理量正在边境上的法导游数 (2.16) 关于平面太平电磁场题目,第二类边境要求用位函数给出,有以下三种形势: 标量电位: (4.17) 标量磁位: (4.18) 矢量磁位: (4.19) 式中 ——电位移矢量的法向分量;——磁通密度矢量的法向分量;——磁场强度矢量的切向分量;——磁阻率,即磁导率的倒数。 4.1.3 有限元法的求解 现以楷模的三角形单位为例注解电磁场题目求解根本思绪 1.单位解析 将求解域离散成个三角形单位,单位的三个极点为i,j,m,采用单位位移函数 (4.20) 如前所述可取得单位内位移函数的外达式 () (4.21) 正在求解式中,总的能量泛函为单个能量泛函之和,对此中的面积分式和线积分式划分实行离散化处罚。将线性插值函数代入面积分式就能够取得源委离散化后单位e的能量函数外达式,将该式对单位中每一极点的位函数u求一阶偏导数。 2.完全解析 全盘求解域的能量函数由每个单位的能量函数叠加而成, (4.22) 令上式为零,并代入单位解析中的结果中,就能够取得当能量函数到达极值时,位函数必需满意的矩阵方程:Ku=R 结尾,引入强化边境要求,,求解。 4.2 电磁力盘算推算要领 有限元盘算推算电磁力的要领首要有三种:安培力定律、麦克斯韦张力法和、虚功道理法。以上要领都能够盘算推算一个物体的总体受力情状,但麦克斯韦张力法和虚功道理法不行盘算推算物体的受力漫衍。安培力定律只可运用于非磁性导体,能盘算推算物体的受力漫衍。 正在ANSYS有限元解析中,时时运用的有2种电磁力的盘算推算要领,即电磁场的虚功法和MAXWELL张量法。 4.2.1 电磁场的虚功法 因为有限元的起点是划分区域并使每个单位的能量泛函到达最小值,以是,通过虚位移使磁能蜕化而求力的虚功道理法卓殊符合有限元法解析.磁能使全体量,虚功道理不易受到不符合划分惹起的限度差错的影响.最初,对给出的电流源和百般资料,用有限元法求解并盘算推算出磁共能。磁共能可由下式求得: (4.23) (4.24) 然后,咱们把必要盘算推算力的单位转移眇小的间隔,正在同样的电流下,从新用有限元法求解并盘算推算出新地方的磁共能。 结尾,取得物体受到的电磁力为 (4.25) 4.2.2 电磁场的MAXWELL张量法 按照麦克斯为的外面,效用于放肆区域上的体积力可归为这一区域皮相所受的张力。 最初,铁磁资料v能用面电流和体电流的漫衍取代,那么有: = (4.26) = (4.27) 此中示意面积电位矢量的切向分量,下标t示意矢量的切向分量,磁矢量被界说为 (4.28) 通过以上公式,咱们正在放肆区域(从外面上)都能够用面和体电流等效为磁性资料。这种思念与等效电流取代永磁体是相同的。然后,诈欺安培力定律,得力的密度为: (4.29) (4.30) (4.31) 从式2-8能够取得的微分形势 = (4.32) 此中T 为: (4.33) 则物体所受的力为: (4.34) 诈欺矢量微分外面,能够把T的体积分转化为面积分得: (4.35) 咱们能够沿着面积的法向和切向宗旨对T实行积分,界说面积单元矢量的切向分量和法向分量为: (4.36) (4.37) 磁通密度的切向分量和法向分量为: (4.38) (4.39) 结尾可取得用麦克斯伟张力法求解的公式,力的切向分量增量和法向分量增量: (4.40) (4.41) 4.3 ANSYS有限元修模 诈欺ANSYS8.0竖立永磁直线电机样机的有限元模子,的确流程如下: 1.设备有限元解析的物理境遇,此中席卷百般资料的性子的选定,界说模子的何尺寸及载荷的参数等 最初界说解析的物理境遇,正在进入次序前选拔ANSYS众物理场模块,正在进入次序后,转折职司问题对线-D model GUI: Utility MenuFileChange Title输入问题2-Dmodel按OK 然后,界说单位类型,本次修模选拔ANSYS供应的PLANE53单位。 GUI:Main MenupreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete按Add选拔Magnetic Vector and Vect Quad 8nod53(PLANE53) 按close 设备盘算推算时的电磁单元制是“米-安培—秒”制 GUI:Main MenuPreprocessorMaterial PropsElectromag Units按OK,设备单元制为“MKS System” 界说资料特征:按照必要,界说10个资料,的确如外2-1所示。 GUI:Main MenuPreprpcessorMaterial PropsConstantIsotropic选拔资料号1,再按OK正在“Relative permeability(MURX)”域中输入1按Apply新修资料号4-10,反复上述举措,界说10个资料特征 外4-1资料特征 1号资料 磁导率 1 2号资料 磁导率 3号资料 磁导率 1 4号资料 B-H弧线磁力线磁通量密度 参考文献 [1] 邵晓强。直线电机近况与繁荣宗旨。电气身手,2006(7):58-60. 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