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《武汉理工大学》 2003年
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弹性连杆机构机电耦合的动态性能分析研究

梁洁萍  
【摘要】: 机器重量要减轻,速度与精度要提高,这是现代机械设计发展的必然趋向。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,有时甚至是严重的故障。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。在一定条件下,系统出现了参数共振与强迫振动相耦合的振动,等等。究其原因是系统耦合动力学等问题尚未得到详细探讨。因此,以电动机—弹性机构为研究对象的动力学问题是亟待研究的。 迄今为止,虽有一些机构动力学方面的文献涉及到了驱动电机的影响,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过于简单,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现象。 本文以三相交流电机和弹性四连杆机构作为研究对象,对系统进行了完全动力分析,考虑了电机转子的横向振动与扭转振动,从而克服了机构恒定输入假设的局限。从电磁场的实际状况入手分析机电耦合关系,基于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系统的动态特性参数与连杆机构的结构参数以及电机的电磁参数之间的内在联系。 通过应用ANSYS软件,对在应力约束条件下的平面四连杆机构进行了最小重量的优化设计,从中得出了各杆件的应力变化曲线及机构的重量和横截面积的变化曲线,从而获得了优化结果。 本文建立的电动机—弹性连杆机构系统动力学模型及优化设计等为进一步研究弹性机构系统的临界速度、运动稳定性等动态性能及综合参数优化奠定了一定基础,对探讨高速轻载机电系统的异常工况,设计动态特性优良的新型机电产品具有一定的现实意义。
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