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弹性连杆机构系统动态响应研究

发布时间:2016-11-24 06:30

  本文关键词:机电耦合系统的可靠性与维修性预计,,由笔耕文化传播整理发布。


《广西大学》 2005年

电动机——弹性连杆机构系统动态响应研究

张晓斌  

【摘要】:随着科学技术的发展以及市场日益激烈的竞争,现代机构不断向高速、高精度等方面发展。但是这些高速轻质机构在运行中时常表现出一些未曾料及的现象,如:驱动电机的电磁谐波有时会引起这类机构的强烈振动;系统临界转速会随电机的运动参数变化而变化。究其原因是系统耦合动力学等问题尚未得到详细讨论。因此,以电动机——机构系统为研究对象的动力学问题是亟待研究的。 已有一些机构动力学方面的文献涉及到驱动电机的影响。但是以往所作的研究中都是以电机转子无任何偏心和振动为前提的,基于这种理想状态所建立的机电耦合关系相对简单,在此基础上建立的系统动态方程也难以解释许多机电系统运行中的异常行为。 本文以三相交流电动机——弹性连杆机构系统作为研究对象,考虑了电机转子的横向振动与扭转振动,根据电机运行中一般状态的气隙磁场建立了其磁场能量函数,应用Lagrange—Maxwell方程建立了含机构结构参数和电机电磁参数的时变非线性系统动力学模型。所建立的方程反映了三相交流电机的电磁参数、转子振动与机构运动输出等之间的关系。 根据所建的系统模型,利用模态叠加法,用MATLAB语言编程对其固有频率和动态响应进行了计算和仿真。仿真结果表明:系统的非线性机电耦合关系对机构动态响应有较大影响,所建的系统模型能更好地反映机构的真实运动规律。 为验证仿真结果,本文对电动机——弹性连杆机构系统进行了试验研

【关键词】:
【学位授予单位】:广西大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TM343
【目录】:

  • 摘要3-9
  • 第一章 绪论9-17
  • 一、引言9-10
  • 二、课题研究的目的及意义10
  • 三、文献综述10-16
  • 1.弹性机构系统动力学国内外研究现状10-11
  • 2.非线性动力学的研究11-13
  • 3.机构完全动力学分析13-14
  • 4.机构动力学的建模方法14-16
  • 四、本文的研究内容及意义16-17
  • 第二章 电动机——弹性连杆机构系统动力学模型的建立17-44
  • 一、引言17-18
  • 二、有限元方法介绍18-19
  • 三、电机单元有限元分析19-24
  • 1.位移函数20-21
  • 2.单元动能与质量矩阵21
  • 3.单元势能与刚度矩阵21-24
  • (1) 弹性势能21-22
  • (2) 电机气隙磁场势能22-23
  • (3) 单元的刚度矩阵23-24
  • 四、连杆机构有限元分析24-35
  • 1.单元位移模式24-26
  • 2.单元坐标和系统坐标26-28
  • 3.单元上绝对速度、加速度与单元位移函数的关系28-32
  • 4.单元的动能、等效质量矩阵和变形能、等效刚度矩阵32-35
  • 五、电动机——弹性连杆机构系统动力学模型35-43
  • 1.连杆机构各构件单元数的确定35-36
  • 2.包含回转副机构的系统模型36-37
  • 3.整个系统质量矩阵和刚度矩阵37-40
  • 4.系统刚体加速度40-43
  • 5.电机——弹性连杆机构系统的弹性动力学方程43
  • 六、本章小结43-44
  • 第三章 数值计算和动态仿真44-55
  • 一、引言44
  • 二、模态叠加法的求解过程44-48
  • 1.常系数二阶微分方程组的解法45-46
  • 2.变系数二阶微分方程组的解法46-48
  • 三、计算程序框图48
  • 四、计算和仿真结果48-54
  • 1.系统前三阶固有频率与曲柄位置关系曲线50-51
  • (1) 第一阶固有频率与曲柄位置的关系曲线50
  • (2) 第二阶固有频率与曲柄位置关系曲线50-51
  • (3) 第三阶固有频率与曲柄位置关系曲线51
  • 2.系统包含电机和不包含电机时的连杆中点动态响应与曲柄位置关系曲线51-52
  • 3.在140rpm和180rpm时的连杆中点动态响应的时域和频域信号仿真曲线图52-54
  • (1) 时域信号仿真曲线图52
  • (2) 频域信号仿真曲线图52-54
  • 五、本章小结54-55
  • 第四章 系统动态特性实验研究55-70
  • 一、引言55
  • 二、实验设备组成55-57
  • 1.实验测试仪器简介56-57
  • 三、实验系统的参数57-58
  • 四、实验步骤58-60
  • 五、实验结果及分析60-69
  • 1.固有频率的测定60
  • 2.连杆中点动态响应测定及结果分析60-69
  • (1) 机构全为金属构件61-64
  • (2) 连杆构件为复合材料和金属材料构件64-66
  • (3) 机构中连杆和摇杆均为复合材料构件66-69
  • 六、本章小结69-70
  • 第五章 全文总结与展望70-72
  • 一、全文总结70
  • 二、展望70-72
  • 参考文献72-75
  • 致谢75-76
  • 攻读硕士期间的主要科研成果76
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    本文编号:190026

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