磁悬浮球形主动关节的运动特性研究

发布时间：2017-05-25 02:15

  本文关键词：磁悬浮球形主动关节的运动特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代工业的发展,主动关节的应用变得越来越广泛。对现有主动关节分析可知,驱动与传动技术制约着其整体性能,基于此,本文开展对磁悬浮球形主动关节的研究。磁悬浮球形主动关节可以以“零传动”的方式直接驱动关节转子,这就使得关节的结构及关节控制系统大为简化。磁悬浮球形主动关节在多自由度运动结构系统中可以代替两台或多台单自由度的电机驱动,使得传动链大大地缩短,体积和重量减小,从而提高了系统的效率、精度和动态响应速度。由上可见,对磁悬浮球形主动关节的研究无论是从应用还是理论来讲都具有广泛的意义。磁悬浮球形主动关节的研究,关键在于对关节转子运动状态的分析及关节检测控制系统的设计。本文基于已设计的关节结构,着重研究了关节的运动状态,并搭建实验平台对转子运动进行实验研究。具体工作包括如下几个部分：基于对磁悬浮球形主动关节定、转子间隙磁感应强度的分析,运用虚位移原理,建立磁悬浮球形主动关节电磁驱动本构方程；利用Ansys软件对感应磁场进行有限元分析,得出并验证了电磁悬浮力、电磁转矩、磁通密度与空间位移参数与控制参数的变化关系。基于磁悬浮球形主动关节定转子结构及运动分析,建立符合边界条件的球坐标系下的流体动压分布方程,并运用有限差分法求解定转子气膜在稳态时与动态时的承载特性。分析了转子在电磁场及流体场共同作用下的运动情况,分析了球形转子在不平衡力矩作用下的进动与章动。搭建磁悬浮球形主动关节实验平台,并在现有的条件下对磁悬浮球形主动关节转子的运动状态实验分析。
【关键词】：磁悬浮 球形 主动关节 本构方程 运动分析
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 项目的国内外研究现状9-13
• 1.2.1 球形结构电机国外研究现状9-11
• 1.2.2 球形结构电机国内研究现状11-13
• 1.3 磁悬浮球形主动关节的研究方向13-14
• 1.4 论文工作和内容安排14-15
• 第二章 磁悬浮球形主动关节电磁机理研究15-28
• 2.1 磁悬浮球形主动关节结构和工作原理15-16
• 2.1.1 磁悬浮球形主动关节结构介绍15-16
• 2.1.2 磁悬浮球形主动关节工作原理介绍16
• 2.2 磁悬浮球形主动关节电磁机理分析16-22
• 2.2.1 偏心位移下关节定、转子间气隙长度变化规律16-19
• 2.2.2 关节定、转子间隙磁感应强度的分布规律19-20
• 2.2.3 磁悬浮球形主动关节的悬浮力与转矩数学模型20-22
• 2.3 磁悬浮球形主动关节的有限元仿真及结果分析22-27
• 2.3.1 有限元分析模型22-23
• 2.3.2 关节定、转间隙磁力线及磁感应分布规律23-25
• 2.3.3 磁悬浮球形主动关节电磁悬浮力及力矩特性分析25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 磁悬浮球形主动关节定、转子间隙气膜分析28-52
• 3.1 磁悬浮球形主动关节定、转子间隙流体物理模型28
• 3.2 磁悬浮球形主动关节气隙变化规律28-29
• 3.3 关节气膜动力学方程及求解方法29-31
• 3.3.1 磁悬浮球形主动关节定、转子间隙流体压力分布方程29-30
• 3.3.2 差分法的基本原理30-31
• 3.4 关节气膜静态分析31-35
• 3.4.1 气膜静态动力学方程离散化31-33
• 3.4.2 气膜承载力及承载刚度分析33-34
• 3.4.3 气膜干扰力矩分析34-35
• 3.5 关节气膜动态分析35-42
• 3.5.1 关节气膜动态方程35-38
• 3.5.2 关节气膜动态方程离散38-42
• 3.5.3 关节气膜动态刚度及动态阻尼系数42
• 3.6 边界条件42
• 3.7 求解及结果分析42-50
• 3.7.1 计算程序编制42-43
• 3.7.2 气膜稳态承载特性分析43-48
• 3.7.3 气膜干扰分析48-50
• 3.8 气膜动态刚度及动态阻尼系数50-51
• 3.9 本章小结51-52
• 第四章 磁悬浮球形主动关节转子动力学分析52-61
• 4.1 角动量定理52-53
• 4.2 磁悬浮球形主动关节转子偏心运动分析53-54
• 4.3 磁悬浮球形主动关节绕定点运动分析54-59
• 4.3.1 绕定点运动数学模型54-57
• 4.3.2 数学模型简化57-58
• 4.3.3 磁悬浮球形主动关节进动分析58-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第五章 磁悬浮球形主动关节运动实验61-67
• 5.1 检测控制系统体系结构61-64
• 5.1.1 位姿检测传感器61-63
• 5.1.2 电流检测的传感器63-64
• 5.1.3 控制系统DSP芯片64
• 5.2 实验结果与分析64-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 工作总结与展望67-69
• 6.1 全文工作总结67
• 6.2 今后研究工作展望67-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文情况73-74

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