汇流环动态特性分析

汇流环动态特性分析

雷肖伟 ,刘娟

陕西黄河集团有限公司  710043

摘要：一种基于不同流量耦合度对耦合结构的磁流体进行分类的方法，并对两种不同的耦合结构进行了分析；如果空气间隙不同，则会分析两个耦合结构的耦合特性，从而使改进后的结构具有比对称结构更好的耦合特性，本文对汇流环动态特性进行分析，以供参考。

关键词：汇流环；动态特性；分析

引言

汇流环是实现两个相对旋转机构之间功率和信号传输的装置，主要用于雷达、卫星、风力等设备。滚动汇流环是一种新类型的汇流环，它使用滚动接触而不是传统的滚动接触。在理想的运行条件下，在弹性环与内环轨道和外环轨道之间可以实现理论状态下的纯轴承，而不会造成材料磨损。因此，与传统的滑动器相比，滚动式汇流环具有耐用性、性能可靠性和不可维护性等优点。

1概述

作为集水区回路的重要组成部分，底面主要受顶部压力的影响。除底板外，汇流环内部还配备了环芯等旋转构件。由于零件加工和装配等过程中不可避免的错误，包括基础板在内的零部件在汇流环运行期间承受一定的随机振动载荷，因此在设计环结构时需要对包括基础板在内的零部件特性进行动态分析动力学性质分析有多种方法，包括常用的测试方法和模拟分析方法，由于成本低、使用方便等原因，在结构动力学性质分析中广泛使用模拟分析方法。模态分析是使用Ansys-Workbench机器有限元软件、精密工具、喷油器驱动传动系统齿轴齿轮、小电动汽车轮毂和叉车驱动桥以及参数进行的为了研究电动轮卸卡车底盘的静态动态特性，进行了动力、刚度和多模式分析，利用获得固有频率的Ansys有限元软件分析了网架的静态动态特性使用ADAMS软件模拟了在不同径向载荷、轴向载荷和角度加速度条件下，角接触球轴承的加速度过程。利用Ansys有限元软件分析流域环基板结构的动态特性，得到结构固有模态频率、振动类型和简单谐波响应曲线，为基板和整个流域环的结构优化提供数据参考。

2汇流环工作原理

套筒运动需要轨道，因此具有相等曲率半径系数的半圆轨道在内环和外环上分别处理。装配时，内外环以同轴方式安装，同时确保内侧轨道和外侧轨道的中性面位于同一平面上，从而形成运动套筒所需的轨道。在流域环操作过程中，如果外环固定，内环顺时针旋转，则套筒逆时针旋转，同时围绕流域环轴顺时针旋转。在套筒操作过程中，弹簧压缩变形产生的夹紧力会导致套筒与内外环之间的接触压力，从而确保套筒与内外环保持接触，并实现内外环之间的功率和信号传输。

3滚动汇流环的主要特点

3.1接触电阻低

流池环使用至少一个弹性环和内外导电环，而不是电动刷子和作为流池环的环槽。曲面之间的滑动接触将取代滑动流域环的滑动接触，从而大大减少摩擦力矩并减小阻力变化。

3.2摩擦转矩低

与需要摩擦以确保接触的滑动流域环不同，滑动流域环显示为在铁路轨道上工作的车轮。如果轨道足够平并应用了推力，则车轮将无限期延续。滚动汇流环摩擦副仅来自保持定子和转子相对运动的轴承，因此比滑动接触摩擦副小得多。滚动汇流环的转矩可能比滚动汇流环的转矩低2度。

3.3寿命长

弹性环与内外导电环之间的运动理论上是纯轴承，理想情况下接触材料没有磨损，因此接触摩擦副的寿命较长。空中交通管制雷达上使用的标准滑环部件之一经过了2.4亿塔的加速寿命测试，相当于30年不间断运行。研究人员分别在国际空间站上对4环和8环收敛元件进行了加速寿命试验，条件是真空试验装置100A cc，滑动收敛元件以5rpm转速运行，以获得寿命和传输效率。

4改进型电磁结构耦合特性分析

4.1磁路结构分析

由于需要进行非接触式电力传输，在传统电压耦合变压器的一、二端之间引入空气间隙，将一、二端分开，以实现相对于两端旋转状态下的电力和信号传输。这适用于旋转连接，取代但是，由于存在这种空气间隙，首先是增加了一次和二次磁路能量传输过程中的泄漏感，原来的二次边线圈耦合系数大大降低。其次，由于空气的磁导率远低于铁芯材料，空气间隙的存在提高了磁路中的磁阻，降低了励磁电感，从而降低了系统的传输效率。如上所述，在非接触式电磁耦合装置中，气体差是决定系统传输效率的一个因素。无论空气间隙大小和结构如何，都会对系统传输效率产生非常重要的影响。合理的磁芯结构不仅能提高线圈的相互感，减少能量损失，而且能有效优化机构结构，降低机构体积和重量。因此，在非接触式电磁耦合机构中，通过研究耦合机构磁芯结构来提高耦合系数和传输效率至关重要。

4.2改进型磁路结构耦合特性分析

与紧密耦合变压器相比，在松散耦合机构中，空气间隙的存在对耦合机构的耦合系数和系统的传输效率具有关键影响。因此，在保证系统正常运行的条件下，有必要研究小型空气间隙的磁路结构，以提高系统的传输效率。为了分析两种不同耦合结构对耦合系数的影响，本文采用Ansoft-Maxwell仿真软件分别为经典的磁箱式可分离变压器和改进的无接触汇流环系统耦合结构构建了三维模型，并对两种不同的耦合结构进行了分析在相同的空气间隙情况下，改进耦合结构的初始二边的联锁方向和联锁系数均高于传统的罐壳结构，与先前的理论分析结果相同。观察空气间隙与耦合系数之间的关系曲线，对于传统的密封结构，耦合系数随空气间隙的增加而大幅下降；改进的耦合结构的耦合系数也随着空气间隙的增加而减小，但空气间隙的敏感度明显低于典型的对称磁场结构。

5接触应力分析

接触应力计算是流域循环分析的基础。当研究刚度、摩擦、振动等特性时，则必须先计算接触应力。在集水区环装置作业期间，环与内外环之间接触区域的应力大小对环转动期间的磨损和接触强度具有非常重要的影响。因此，本节主要研究环与轨道之间的接触应力。在结构模拟中，使用四分之一对称模型，同时考虑几何图形。由于每个连接体的力相同，因此请选择其中一个连接体作为研究对象，以提高计算的准确性和速度。选择套筒与内外环之间接触区域的接触类型，然后输入固定约束-内外环中的支承，使用“远端力”代替弹簧在套筒上施加的50N锁紧力，然后求解该约束。使用ANSYS work bench获得有限元分析接触区域的仿真结果。内外环上的应力分布类似，内环和外环接触区域中的应力值最高，外环上的最大应力为98.571Pa，内环上的最大应力为153.68Pa，远低于极限值如红色区域所示，接触区域近似椭圆，并且随着您远离接触区域而减小约束值。

结束语

利用有限元软件对流域底板结构特性进行动态分析，利用模态分析模块的谐波响应分析模块分别得出底板结构的频率、模式和位移响应曲线。计算分析的主要结论如下。(1)底板结构前六阶模态形状主要表现为:一阶模态形状为底板结构中自上而下的波动形状，每阶振荡形状表现为整个底板变形形状。(2)激振加载频率约2320Hz时，底板结构具有最大位移响应幅度，底板结构的一阶模式对其动态特性影响很大。

参考文献

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