磁力泵磁力驱动仿真系统的研究

论文摘要

磁力驱动泵中的磁力传动系统一般由内磁转子、外磁转子、隔离套组成。内磁转子与被传动件相连,外磁转子与动力件相连。磁力传动装置除了具有弹性联轴器缓冲吸振的功能以外,其最大特点在于可以将内磁转子与被动件完全封闭起来,并且在没有机械接触的情况下,通过磁力作用将动力件的运动与力传递给被动件,从而将动密封变为静密封。因此,磁力驱动器被广泛应用在对密封有特殊要求的环境,如石油、化工、制药、食品、航空等领域。在磁力驱动器设计和校核过程中,往往需要反复进行“设计—建模—分析—修改设计—再建模—再分析”的过程,且过程繁琐、易出错、费时费力。因此本文开发了磁力驱动仿真系统。该系统包括:参数化设计、参数化建模、参数化有限元分析三个部分。本文的三维参数化设计系统是在研究圆筒式径向磁力驱动器结构特点、设计流程和设计方法的基础上,以Solid Works软件为支撑平台,利用Visual Basic语言对Solid Works提供的API函数进行二次开发而形成的一个系统,该系统可以快速实现磁力驱动器各部分零件的自动建模和装配。基于ANSYS有限元软件,对圆筒式径向磁力驱动器的磁场采用矢势法和标势法建立2D、3D模型,对其磁场进行求解计算,分析研究磁力线分布,磁感应强度分布,磁力矩大小和涡流大小。针对有限元软件在磁力驱动器设计中的应用要求,基于ANSYS平台开发了参数化的磁力驱动器有限元分析系统。该系统将参数化技术引入磁力驱动器结构的有限元计算,初步实现了磁力驱动器结构有限元建模、计算和后处理的全程参数化;借助面向对象可视化编程软件Visual Basic,利用Windows的进程通信机制,建立了基于信息的控制中心,完成程序与ANSYS间的数据传递,实现了对ANSYS的封装,从而形成专业化、参数化的有限元计算系统。所研发的磁力传动仿真系统,便于磁力驱动器在一定结构不同参数下,快速更新模型,进行有限元仿真分析。上述的研究方法与成果丰富了磁力泵磁力驱动装置的研究内容,为磁力驱动器的研究探索了高质量低成本的设计分析方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出及论文研究的目的和意义
• 1.2 磁力驱动技术的基本原理及特点
• 1.2.1 磁力驱动的基本原理
• 1.2.2 磁力驱动和机械驱动的区别
• 1.2.3 磁力驱动技术的应用
• 1.3 磁力驱动技术的发展历史及现状
• 1.4 磁力驱动器发展趋势
• 1.5 磁力驱动技术面临的关键问题
• 1.6 参数化设计技术及发展
• 1.6.1 CAD系统
• 1.6.2 参数化模块技术的发展和应用
• 1.7 本文的主要研究内容
• 第二章 圆筒式磁力传动装置的结构与原理
• 2.1 磁力驱动器的介绍
• 2.1.1 磁力驱动离心泵结构
• 2.1.2 磁力驱动器的分类
• 2.1.3 圆筒式磁力驱动器与机械力传动系统相比的优点
• 2.2 圆筒式磁力驱动器的结构
• 2.2.1 永磁材料
• 2.2.2 轭铁
• 2.2.3 隔离套
• 2.2.4 包封材料
• 2.3 圆筒式径向永磁联轴器工作原理
• 2.4 小结
• 第三章 圆筒式径向磁力传动装置设计
• 3.1 Visual Basic软件简介
• 3.2 材料数据库管理系统的设计
• 3.2.1 材料数据库简介
• 3.2.2 数据库设计软件
• 3.2.3 建立永磁体数据库和访问数据库
• 3.3 圆筒式径向磁力传动装置磁场分布计算
• 3.3.1 磁场分布计算
• 3.3.2 磁力矩计算
• 3.3.3 磁路选择原则
• 3.3.4 磁力矩计算
• 3.4 隔离套的设计
• 3.4.1 隔离套形式
• 3.4.2 平底式隔离套的设计
• 3.4.3 椭圆形封头的设计
• 3.4.4 隔离套编程设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 磁力传动系统参数化建模
• 4.1 引言
• 4.2 参数化技术
• 4.2.1 参数化概述
• 4.2.2 三维造型软件的选择
• 4.2.3 SolidWorks简介
• 4.2.4 SolidWorks二次开发技术简介
• 4.2.5 SolidWorks二次开发工具
• 4.3 参数化建模
• 4.3.1 磁力传动装置在Solidworks下参数化建模方法
• 4.3.2 参数化自动建模的实现
• 4.3.3 磁传动装置零部件的自动建模
• 4.3.4 磁力传动装置的自动装配
• 4.4 本章小结
• 第五章 磁力驱动器磁场有限元分析
• 5.1 有限元分析的理论基础
• 5.2 电磁场基本理论
• 5.2.1 磁通密度和磁场强度
• 5.2.2 磁通连续性原理
• 5.2.3 安培环路定律
• 5.2.4 电磁感应定律
• 5.3 磁场有限元法
• 5.3.1 单元分析
• 5.3.2 整体分析
• 5.4 磁力驱动器磁场分析
• 5.4.1 磁力驱动器的物理模型
• 5.4.2 2D有限元分析
• 5.4.3 3D有限元分析
• 5.5 磁力驱动器特性自动分析
• 5.5.1 ANSYS二次开发原理
• 5.5.2 ANSYS二次开发工具
• 5.5.3 基于VB的ANSYS调用
• 5.5.4 仿真分析的自动实现
• 5.6 本章小结
• 第六章 圆筒式径向磁力驱动仿真系统
• 6.1 仿真系统分析
• 6.2 仿真系统设计流程
• 6.3 磁力传动装置仿真系统开发
• 6.3.1 仿真系统开发工具
• 6.3.2 仿真系统开发框架
• 6.3.3 仿真系统人机交互界面
• 6.3.4 磁力驱动器初步设计
• 6.3.5 磁传动分析系统
• 6.3.6 隔离套分析系统
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文