摘 要

本文借助机械建模软件solidworks设计了一款能在平面内保持平面运动的磁悬浮平板结构，包括磁悬浮支撑结构和磁悬浮平板运动结构，然后借助Ansoft maxwell软件进行磁场的仿真，以确定磁斥力满足要求，最后借助Ansys软件进行模型的力学仿真验证整个机构的力学性能，对在磁场环境中保持平板在平面内进行平面二维运动这一问题做出构想和分析，所得结果对于磁悬浮平板运动具有一定的指导意义。

论文主要研究了在电磁铁磁场环境中如何支撑平板的平面运动，如何让平板处于同一平面，机构的整体设计、组成部分以及各项结构参数使得机械结构能够满足要求。

研究结果表明：本文设计的机械结构能够满足在电磁铁的排斥力的作用下，平板在平面内进行运动的问题，并且尽量使材料利用率最大化。

本文的特色：逐步介绍整体设计过程，并且截取仿真结果以支撑设计结构，全文能全面系统地讲述整体的设计结构。

关键词：磁悬浮支承；平面运动；halbach 阵列；Ansoft maxwell仿真。

Abstract

This paper uses mechanical modeling software solidworks to design a magnetic levitation plate structure which can keep plane motion in plane with the help of mechanical modeling software, including magnetic levitation support structure and magnetic levitation plate motion structure. Then the magnetic field is simulated by ansoft maxwell software to determine that the magnetic repulsion force meets the requirements. Finally, the mechanical properties of the whole mechanism are verified by mechanical simulation using ansys software.

This paper mainly studies how to support the plane motion of the plate in the electromagnetic ferromagnetic field environment and how to make the plate in the same plane.

The results show that the mechanical structure designed in this paper can satisfy the problem of plate moving in plane under the repulsive force of electromagnet, and maximize the material utilization.

Features of this paper: the whole design process is introduced step by step, and the simulation results are intercepted to support the design structure.

Key Words：maglev support; planar motion; halbach array; Ansoft maxwell simulations.

目录

第1章 绪论 1

1.1 磁悬浮平板研究目的及意义 1

1.2 磁悬浮线性和平面运动国内外研究现状 1

1.2.1 磁悬浮线性和平面运动国内研究现状 1

1.2.2 磁悬浮线性和平面运动国外研究现状 3

1.3 课题研究设计内容 5

1.4 课题研究预期目标 5

第2章 总体方案设计 6

2.1 电磁铁方案设计 7

2.1.1 电磁铁初步计算 7

2.1.2 电磁铁机构设计 9

2.2 磁悬浮平板方案设计 10

2.2.1平板初步计算 10

2.2.2 平板结构设计 10

2.3平板永磁体方案设计 11

2.4基座方案设计 12

2.5 底座方案设计 13

第3章 主要部件的结构设计 15

3.1 电磁铁部件结构设计 15

3.1.1 法兰盘结构设计 15

3.1.2 硅钢片结构设计 16

3.1.3 电磁铁整体结构设计 16

3.2 磁悬浮平板部件的结构设计 17

3.2.1 运动平板设计 17

3.2.2 固定件结构设计 20

3.2.3 halbach阵列结构设计 22

3.3 基座结构设计 23

3.3.1 下层基座结构设计 23

3.3.2 基座支撑结构设计 24

3.3.3 上层基座及外壳结构设计 24

3.4 底座结构设计 26

第4章 磁悬浮平板装置的有限元分析计算 28

4.1 电磁场仿真与分析 28

4.2 应力变形仿真与分析 32

4.2.1 电磁铁应力仿真与分析 33

4.2.2 平板应力仿真与分析 36

第5章 结构优化 39

5.1 运动平板结构优化 39

5.2 基座外壳结构优化 41

第6章 结论 43

参考文献 44

致谢 45

第1章 绪论

磁是指某些物质能吸引铁、钴、镍等金属的性能。磁铁具有同性相吸，异性相斥的独有特性，利用这个磁排斥力克服重力可以使得两磁体之间有可能实现无接触悬浮。随着各项技术的不断发展，磁悬浮技术渐渐发展到包括电磁学、控制工程、有限元分析、动力学为一体的机电新技术。目前国内外研究的磁悬浮技术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。利用电磁场使磁铁进行悬浮是本文的设计基础。

1.1 磁悬浮平板研究目的及意义

日常生活中货物的运输离不开传送装置，而传统的传送装置例如传送带和传送轮，这些传送装置存在一些实际性的问题：

（1）.它们需要固定的路线进行传递，并没有足够利用空间，并且物件大多数情况下沿折线进行运输，而两点间直线最短，沿直线进行运输会大大增加运输效率。

（2）.在一些斜坡传递的时候，由于摩擦阻力的影响，工件会卡在斜坡上无法向上运动。

（3）.在运输少量物件时会浪费整个传输装置其它部分的资源，无法实现定向运送。

同时，目前研究较多的是磁悬浮轨道运动，沿直线的传输，如果能在直线的基础上上升到在二维平面运动进行研究将是一个新的研究方向。由于移动平台和支撑机构采用非接触式的磁悬浮驱动技术，因此没有摩擦力和机械部件的磨损，易于实现高精度、大范围的要求。

所以本文研究的目的是设计一款能在电磁铁的支撑下，在平面内进行运动的磁悬浮平板结构，并且保证平板的平面性，并且能够负荷一定的重量，提高其在运动过程中的平稳性和快速性，减少振动的发生，从而提高物流工作中的搬运效率。完成本设计之后可以利用平面磁悬浮的运动进行实用性的生产和应用。可以在平面磁悬浮的研究范围内进行分析与拓展。

1.2 磁悬浮线性和平面运动国内外研究现状

1.2.1 磁悬浮线性和平面运动国内研究现状