电驱气动交变冲击系统多场协同分析

发布时间：2017-07-31 20:33

  本文关键词：电驱气动交变冲击系统多场协同分析

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【摘要】：电驱气动交变冲击锤是一种基于气垫原理的既冲击又旋转的手持式气动冲击机械,交变冲击系统是改善该类气动冲击锤冲击输出特性与提高撞击能的关键。然而,国内外对电驱气动交变冲击系统的动力学分析和交变冲击特性的检测方面的研究仍较少。基于此,本课题从动力学和电磁学角度对交变冲击系统的交变冲击特性做了较系统的研究,主要有以下几个方面的研究内容:首先,从空气动力学、牛顿力学角度分析了电驱气动交变冲击系统冲击活塞的运动规律,并对其进行受力分析,主要包括冲击活塞两侧受到的压差力和O型密封圈往复直线运动时冲击活塞所受到的摩擦力。在此基础上分析密封圈的摩擦机理,并建立其力学模型,得出O型圈摩擦力对撞击能输出的影响。其次,基于电磁感应原理在原有直线交变冲击机构上进行磁电式速度传感装置的结构设计,并基于电磁学理论对其进行磁路设计,完成了磁路的磁导计算、永磁体工作点的确定和工作气隙的设计。再次,从电磁场有限元分析理论出发,在ANSYS Maxwell软件中针对基于电磁感应法的直线冲击机构检测系统进行二维瞬态电磁场分析,重点分析了交变冲击过程中检测系统的磁场分布情况,以及气缸材料、绕组线圈位置和线圈匝数等关键结构参数对线圈绕组感应电动势的影响,并在此基础上优化电驱气动交变冲击系统的输出特性。最后,通过试验,将电磁场仿真计算结果与试验结果进行比较,验证了电磁场磁路模型和仿真模型的正确性,且证实了采用磁电式速度传感器进行交变冲击特性检测方案的可行性。研究结果表明,电磁场仿真结果与试验结果相吻合,验证了仿真模型的正确性。直线冲击机构检测系统中气缸材料、绕组线圈位置、线圈匝数等参数影响线圈绕组中感应电动势的大小,且O型密封圈摩擦力会对撞击能输出产生阶段性影响。研究结论为优化电驱气动交变冲击系统的交变冲击特性提供了一定的参考与指导。
【关键词】：直线冲击机构 检测 电磁场 ANSYS Maxwell 摩擦力
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH138
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 概述10
• 1.2 研究背景与意义10-12
• 1.3 国内外研究现状12-15
• 1.3.1 国内外冲击锤研究现状12-14
• 1.3.2 国内外冲击特性检测方法研究现状14-15
• 1.4 论文的主要研究内容15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第二章 电驱气动交变冲击系统动力学分析17-31
• 2.1 概述17
• 2.2 电驱气动交变冲击锤结构特点17-20
• 2.2.1 动力机构17-18
• 2.2.2 齿轮减速机构18
• 2.2.3 动力转换机构18-19
• 2.2.4 气动交变冲击机构19
• 2.2.5 其它装置19-20
• 2.3 电驱气动交变冲击系统动力学分析20-24
• 2.3.1 电驱气动交变冲击锤工作原理20-21
• 2.3.2 气动交变冲击系统动力学分析21-24
• 2.4 O型密封圈摩擦力模型24-27
• 2.4.1 干摩擦工况下的摩擦机理24-25
• 2.4.2 脂润滑工况下的摩擦机理25
• 2.4.3 O型密封圈摩擦力模型25-27
• 2.5 O型密封圈摩擦力对交变冲击性能的影响27-30
• 2.5.1 电驱气动交变冲击系统AMESim数值模型27-28
• 2.5.2 O型密封圈摩擦力AMESim数值仿真结果28-29
• 2.5.3 O型密封圈摩擦力对撞击能的影响29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 直线冲击机构磁电式速度传感器设计31-42
• 3.1 交变冲击特性检测方法概述31
• 3.2 磁电式速度传感器的结构设计31-34
• 3.2.1 工作原理31-32
• 3.2.2 结构类别32-33
• 3.2.3 总体结构设计33-34
• 3.3 铁磁材料的磁化规律34-36
• 3.4 永磁体材料及其稳定性设计36-37
• 3.4.1 永磁体材料的选择36
• 3.4.2 磁性材料的稳定性36-37
• 3.5 直线冲击机构检测系统磁路设计37-41
• 3.5.1 磁路结构37-38
• 3.5.2 工作磁路中的磁导计算38-39
• 3.5.3 工作点的确定39-40
• 3.5.4 工作气隙的设计40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 直线冲击机构检测系统瞬态电磁场分析42-65
• 4.1 概述42
• 4.2 电磁场有限元法基本理论42-47
• 4.2.1 Maxwell方程组42-43
• 4.2.2 变分原理43-45
• 4.2.3 ANSYS Maxwell电磁场分析软件45-46
• 4.2.4 电磁场求解边界条件46-47
• 4.3 直线冲击机构检测系统感应电动势计算原理47
• 4.4 直线冲击机构检测系统电磁力计算原理47-50
• 4.5 直线冲击机构检测系统二维瞬态电磁场分析50-55
• 4.5.1 几何模型的建立51-52
• 4.5.2 材料定义及分配52-53
• 4.5.3 激励源与边界条件的定义及加载53
• 4.5.4 网格剖分53-54
• 4.5.5 运动选项设置54-55
• 4.5.6 求解选项参数设定及求解55
• 4.6 检测系统仿真模型标定55-58
• 4.7 有限元计算结果分析58-63
• 4.8 本章小结63-65
• 第五章 直线冲击机构检测系统影响分析65-76
• 5.1 关键结构参数对直线冲击机构检测系统磁场的影响65-72
• 5.1.1 气缸材料65-68
• 5.1.2 线圈绕组位置68-70
• 5.1.3 线圈绕组匝数70-72
• 5.2 样机有限元求解和实验结果对比72-75
• 5.2.1 实验方案72
• 5.2.2 试验平台72-73
• 5.2.3 实验参数73
• 5.2.4 实验结果与仿真分析结果对比73-75
• 5.3 本章小结75-76
• 结论与展望76-78
• 研究结论76-77
• 工作展望77-78
• 参考文献78-83
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果83-84
• 致谢84-85
• 附件85

【参考文献】

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本文编号：601060