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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:隆志力,蔺祥伟,王舒野,范鹏.超声加工的非接触能量传输仿真与实验[J].哈尔滨工业大学学报,2015,47(9):8.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2015.09.002
LONG Zhili,LIN Xiangwei,WANG Shuye,FAN peng.The simulation and experiment of new non-contract electromagnetic conversion device in ultrasonic machining[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2015,47(9):8.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2015.09.002
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超声加工的非接触能量传输仿真与实验
隆志力1,蔺祥伟1,王舒野1,范鹏2
(1.哈尔滨工业大学 深圳研究生院,518055 广东 深圳;2.东莞华中科技大学 制造工程研究院, 523808 广东 东莞)
摘要:
为解决超声加工中传统的接触式能量传输方式存在电刷磨损快且主轴不能高速旋转的问题,根据电磁感应原理,建立了非接触能量传输系统的互感理论模型,基于Maxwell平台构建了系统的仿真计算模型,通过旋转电磁耦合实验机构对仿真模型进行验证,获得了旋转转速、级间磁隙、超声频率以及谐振匹配参数对系统能量传递效率的影响规律. 仿真与实验结果表明:超声系统实现高速旋转时,非接触能量传输装置的输入和输出功率能量传递效率可达80%,初、次级线圈绕组电流密度和磁芯磁通密度随旋转转速的增加并无显著变化,传递效率的下降与磁隙近似成线性关系,传递效率随着频率呈现先升后降,对输入信号的频率具有选频作用. 应用规律可为电磁感应式超声主轴进行优化设计.
关键词:  超声加工  非接触电磁感应  Maxwell仿真  谐振补偿  负载匹配
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2015.09.002
分类号:TB552
基金项目:国家自然科学基金委员会-广东省人民政府自然科学联合基金(U1134004);广东省重大科技专项(2011A0808010004);广东省省部产学研合作专项资金(2012B091100022);东莞市高等院校科研机构资金(2012108102023);深圳市基础研究(JCY201504030161923526,JCYJ20120613145622592).
The simulation and experiment of new non-contract electromagnetic conversion device in ultrasonic machining
LONG Zhili1, LIN Xiangwei1, WANG Shuye1, FAN peng2
(1. Shenzhen Graduate School,Harbin Institute of Technology,518055 Shenzhen, Guangdong,China;2. Manufacturing Engineering Institute, Dongguan Huazhong University of Science and Technology, 523808 Dongguan, Guangdong, China)
Abstract:
In order to improve the speed of machine tool spindle and overcome the rapidly wearing off of the conventional electric brush in the rotary ultrasonic machining, research on non-contact power transmission system which based on the principle of electromagnetic induction has been conducted. Through the mutual inductance coupling theory and the simulation on Maxwell electromagnetic simulation software, the non-contact rotary electromagnetic coupling mechanism is established and the influence factor on the transfer efficiency of the rotary mutual inductance, such as rotation speed, inter-stage magnetic gap, matching compensation and the ultrasound frequency has been explored. It demonstrates that transfer efficiency of the energy from the primary to secondary forward load can achieve 80% with proper selection of matching parameter and magnetic gap at a high rotary speed. The electricity intensity in the coil and the magnetic flux shows no significant difference with the acceleration of the rotary speed, while the efficiency decreased with the magnetic gap. Furthermore, it shows that the coupling has an optimal frequency within the input frequency range of the ultrasonic excitation, where the transfer efficiency goes up initially and then turns backward as frequency increased. The research provides a reference for the optimal design of the ultrasonic spindle.
Key words:  ultrasonic machining  non-contact electromagnetic induction  Maxwell simulation  resonance compensation  load match

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