本文關(guān)鍵詞：循軌摩擦振動執(zhí)行器的機理與運行特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：旋轉(zhuǎn)摩擦焊接和線性摩擦焊接是特殊的固態(tài)連接加工技術(shù),具有能耗低、無污染、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點,但產(chǎn)熱量不均勻的不足限制了其進一步應(yīng)用。循軌摩擦焊接兼顧了旋轉(zhuǎn)摩擦焊接和線性摩擦焊接的優(yōu)點,又具有產(chǎn)熱量均勻的特點,近年來得到迅速發(fā)展。循軌摩擦振動執(zhí)行器(Orbital Friction Vibration Actuator,OFVA)作為循軌摩擦振動焊機的主要執(zhí)行部件,具有重要的研究價值。但是,循軌摩擦振動執(zhí)行器的磁路結(jié)構(gòu)較為特殊,其計算和分析具有特殊性,目前對其研究較少。本文以電磁式和永磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器為研究對象,對該執(zhí)行器的機理、振動特性、電磁力特性和動態(tài)運行特性等問題進行了研究。對循軌摩擦振動執(zhí)行器的機理進行了研究。推導(dǎo)了循軌摩擦振動執(zhí)行器產(chǎn)生橢圓形和圓形運動所需的電磁力表達式,并在此基礎(chǔ)上,進一步推導(dǎo)了空載和負載時循軌摩擦振動執(zhí)行器的系統(tǒng)振幅放大因子表達式,分析了振幅放大因子隨振動頻率的變化關(guān)系和影響系統(tǒng)振幅的主要因素。分析結(jié)果表明,空載時,XY方向上的振幅放大因子表達式是一致的;負載時,振幅放大因子表達式與空載時的表達式具有一定比例關(guān)系。對電磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的運行特性進行了研究。在三維有限元數(shù)值計算結(jié)果的基礎(chǔ)上,建立了由三相對稱正弦電流源和電壓源驅(qū)動的仿真模型。分析了執(zhí)行器所產(chǎn)生圓形運動軌跡的誤差。計算結(jié)果表明,當(dāng)系統(tǒng)振幅相同時,在電壓源驅(qū)動下執(zhí)行器所產(chǎn)生圓形運動軌跡的誤差小于電流源驅(qū)動。對電磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的運行特性進行了計算和分析。分析結(jié)果表明,在相同的振動頻率下,隨著電流幅值的增大,系統(tǒng)振幅逐漸增大。樣機靜態(tài)電磁力-位移特性和運行特性的實驗驗證了仿真結(jié)果正確性。提出了一種用于焊接金屬零件的永磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器(Permanent Manget Orbital Friction Vibration Actuator,PMOFVA)結(jié)構(gòu)。根據(jù)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)特點,將其電磁場模型簡化為單相永磁式摩擦振動執(zhí)行器(Permanent Manget Friction Vibration Actuator,PMFVA),其在本質(zhì)上類似于永磁直線振蕩執(zhí)行器(Permanent Magnet Linear Oscillating Actuator,PMLOA)。對比分析了采用五種磁極結(jié)構(gòu)時極弧系數(shù)對單相永磁式摩擦振動執(zhí)行器單元電磁推力的影響。分析結(jié)果表明,當(dāng)磁極結(jié)構(gòu)采用準Halbach陣列時,執(zhí)行器單元可產(chǎn)生較大的電磁推力和較小的定子鐵心損耗。分析了單相永磁式摩擦振動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對電磁推力及其波動量的影響規(guī)律。最后,采用三維有限元法計算了單相永磁式摩擦振動執(zhí)行器的靜態(tài)電磁力-位移特性和電流-電磁推力特性,并進行實驗驗證。對永磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的運行特性進行了研究。在三維有限元數(shù)值計算結(jié)果的基礎(chǔ)上,建立了由兩相對稱正弦電流源和電壓源驅(qū)動的仿真模型。分析了在電流源和電壓源驅(qū)動方式下執(zhí)行器所產(chǎn)生圓形運動軌跡的誤差。研究結(jié)果表明,在電壓源驅(qū)動下,執(zhí)行器所產(chǎn)生圓形運動軌跡的誤差明顯小于電流源驅(qū)動。對永磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的運行特性進行了計算和分析。分析結(jié)果表明,在相同的振動頻率下,隨著電流幅值的增大,系統(tǒng)振幅呈線性增大。
【關(guān)鍵詞】：摩擦振動執(zhí)行器 循軌 運動軌跡 電磁力 運行特性
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG439.8
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-13
• 第1章 緒論13-26
• 1.1 課題研究的背景及意義13
• 1.2 摩擦焊接的種類和發(fā)展現(xiàn)狀13-20
• 1.2.1 旋轉(zhuǎn)摩擦焊接14-15
• 1.2.2 線性摩擦焊接15-18
• 1.2.3 循軌摩擦焊接18-20
• 1.3 循軌摩擦振動執(zhí)行器的關(guān)鍵問題及研究現(xiàn)狀20-25
• 1.3.1 循軌摩擦振動執(zhí)行器的機理分析20-21
• 1.3.2 電磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的運行特性分析21-22
• 1.3.3 永磁直線振蕩執(zhí)行器推力特性的研究現(xiàn)狀22-24
• 1.3.4 永磁直線振蕩執(zhí)行器運行特性的研究現(xiàn)狀24-25
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容25-26
• 第2章 循軌摩擦振動執(zhí)行器的機理研究26-45
• 2.1 引言26
• 2.2 循軌摩擦振動執(zhí)行器的運行原理26-27
• 2.3 循軌運動時所需驅(qū)動電磁力分析27-34
• 2.3.1 焊接接觸面上摩擦力的分析28-30
• 2.3.2 橢圓形運動軌跡對應(yīng)的驅(qū)動電磁力30-34
• 2.4 循軌摩擦振動執(zhí)行器的振動特性分析34-40
• 2.4.1 空載時的振動特性35-38
• 2.4.2 負載時的振動特性38-40
• 2.5 恒幅時合成電磁力與振動角頻率的關(guān)系40-44
• 2.6 本章小結(jié)44-45
• 第3章 電磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的運行特性分析45-69
• 3.1 引言45
• 3.2 電磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計45-46
• 3.3 單相運行時靜態(tài)電磁力分析46-49
• 3.4 電磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的仿真計算模型49-55
• 3.4.1 電磁力與磁鏈模型49-50
• 3.4.2 單相運行時的電磁力和運動位移50-52
• 3.4.3 電流源驅(qū)動下電磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的仿真模型52-54
• 3.4.4 電壓源驅(qū)動下電磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的仿真模型54-55
• 3.5 電磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的運行特性分析55-62
• 3.5.1 電磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器所產(chǎn)生圓形運動軌跡的誤差分析56-60
• 3.5.2 三相運行時合成電磁力的分析60-62
• 3.6 電磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的實驗研究62-68
• 3.6.1 位移特性實驗62-64
• 3.6.2 運動軌跡實驗64-66
• 3.6.3 恒振幅時電壓隨振動頻率的變化關(guān)系66
• 3.6.4 振幅特性實驗66-68
• 3.7 本章小結(jié)68-69
• 第4章 單相永磁式摩擦振動執(zhí)行器的機理研究69-99
• 4.1 引言69
• 4.2 永磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與運行原理69-70
• 4.3 單相永磁式摩擦振動執(zhí)行器的設(shè)計特點70-71
• 4.3.1 設(shè)計方法70
• 4.3.2 定子齒數(shù)和動子極數(shù)的配合70-71
• 4.4 單相永磁式摩擦振動執(zhí)行器單元的電磁推力對比分析71-87
• 4.4.1 動子結(jié)構(gòu)參數(shù)對電磁推力的影響72-77
• 4.4.2 不同磁極結(jié)構(gòu)下電磁特性的比較分析77-82
• 4.4.3 定子結(jié)構(gòu)參數(shù)對電磁推力的影響82-86
• 4.4.4 單位面積推力的比較86-87
• 4.5 單相永磁式摩擦振動執(zhí)行器的電磁推力分析87-93
• 4.5.1 邊端效應(yīng)對電磁推力的影響87-89
• 4.5.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對電磁推力及其波動量的影響89-92
• 4.5.3 結(jié)構(gòu)改進前后的電磁推力對比分析92-93
• 4.6 單相永磁式摩擦振動執(zhí)行器的靜態(tài)電磁推力特性測試93-98
• 4.6.1 靜態(tài)電磁推力-位移特性95-97
• 4.6.2 電流-電磁推力特性97-98
• 4.7 本章小結(jié)98-99
• 第5章 永磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器運行特性的分析99-108
• 5.1 引言99
• 5.2 永磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的仿真計算模型99-102
• 5.2.1 電流源驅(qū)動下永磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的仿真模型99-100
• 5.2.2 電壓源驅(qū)動下永磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的仿真模型100-102
• 5.3 永磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器的運行特性仿真102-107
• 5.3.1 永磁式循軌摩擦振動執(zhí)行器所產(chǎn)生圓形運動軌跡的誤差分析102-104
• 5.3.2 兩相運行時合成電磁力的分析104-106
• 5.3.3 振幅特性分析106-107
• 5.4 本章小結(jié)107-108
• 結(jié)論108-110
• 參考文獻110-118
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果118-120
• 致謝120-121
• 個人簡歷121

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本文編號：294562