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基于多稳态机构的加速度开关与俘能器设计
| 论文题名： | 基于多稳态机构的加速度开关与俘能器设计 |
| 关键词： | 多稳态机构;加速度开关;俘能器;磁机耦合;动态力学特性 |
| 摘要： | 磁-机耦合多稳态机构，顾名思义，借助弹性机构与永磁体之间的相互耦合作用，在行程范围内能够稳定保持在多个稳定状态，具有定位精度高、能耗低和动作迅速的特点，在智能驱动器、传感器、多路开关及继电器等方面具有广泛的应用前景。针对目前多阈值加速度开关及俘能器设计过程中存在的问题，本文在研究多稳态机构动态力学特性的基础上，建立了具有多阈值感应能力的加速度开关静动态设计模型，实验结果有效验证了所提出设计模型的有效性。同时，利用多稳态转换过程中的非线性力学特性，设计了具有振幅依赖特征的变频式俘能器，有效地提高了俘能器的俘能效率。具体工作如下: (1)提出了永磁体非对称布置的磁-机耦合多稳态结构的设计方法，建立了磁机耦合多稳态机构的非线性跳跃分析模型，通过优化算法，设计了一种新型多阈值磁-耦合五稳态机构，分析了磁体数目、布置方式及柔性机构参数对跳跃阈值、稳态数目及行程的影响程度，获得了调控多稳态力学特征的有效方法。 (2)针对目前对加速度开关存在的阈值单一、触点接触不稳定及响应慢等问题，借助带有柔性磁体的触点梁的吸附作用，提出了基于五稳态机构的新型自锁式多阈值加速开关设计模型，分析了加速度开关的静、动态力学特性。研究发现，所提出的加速度开关具有静态双向4阈值特性，在特定脉宽载荷作用下，具有双向6阈值特征。实验结果表明，加速度开关的静态力-位移曲线与理论模拟结果基本一致，并且在特定脉宽冲击载荷下具有显著的多阈值特征，柔性触点梁迅速吸和并保持稳定接触。该工作为新型机械智能型加速度计的研制提供了可靠的理论依据。 (3)利用磁-机耦合多稳态机构的非线性力学特征，设计了具有振幅依赖特征的变频式俘能器，研究了简谐激励幅值与俘能器谐振频率及振幅之间的关系，获了不同幅值激励下俘能器的电压输出特性。模拟结果显示，借助多稳态特征可以有效地提升俘能效率。 |
| 作者： | 马加庆 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 赵剑 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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