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磁—机耦合多稳态机构及其设计方法研究
| 论文题名： | 磁—机耦合多稳态机构及其设计方法研究 |
| 关键词： | 多稳态机构;万向双稳态机构;磁机耦合模型;阈值跳转;永磁体;驱动载荷 |
| 摘要： | 多稳态机构具有结构简单、阈值跳转、响应迅速、准确定位和低能耗等特点，在光开关，阈值碰撞传感器、机械存储器、驱动器、机器人系统等领域具有广泛的应用前景。利用空间合理分布的磁场与柔性支撑结构组合的方式衍生了一种新型多稳态机构设计方法，按照永磁体的空间布置形式可分为:直线型永磁式多稳态机构、平面型永磁式多稳态机构和空间型永磁式多稳态机构。综合调研发现，由于分析方法尚不完善，难以实现稳态控制、行程及驱动载荷等方面的有效设计。 本文利用多永磁体组合产生的非线性跳转特性，考虑机构运动过程中位形变化引起磁场的分布变化，提出基于磁-机耦合效应的多稳态机构分析模型，并建立完整的多稳态机构设计流程。因此，本文主要针对磁-机耦合模型的建立过程及多稳态特性优化这两大关键问题展开研究工作: 第一，本文提出一种直线型永磁式多稳态机构设计方法，分析双平行梁大变形力学特性和多永磁体组合力学特性，考虑轴向伸缩量对磁场分布的影响，建立直线型永磁式多稳态机构完整力平衡方程。基于力平衡方程优化机构稳态特性，分析了磁体个数、极化方向及布置方式与稳态个数、行程及跳跃阈值载荷之间的耦合关系。 第二，基于伪刚体理论和磁荷模型理论，通过永磁体布局的优化设计，建立了考虑磁机耦合效应的永磁式七稳态机构设计与分析模型。建立了系统能量方程，从能量角度分析机构的七稳态特性，并分析永磁体极化方向、动磁块和定磁块间距以及定磁块之间间距等因素对稳态特性的影响。研制了典型七稳态机构样件，实验结果与模拟结果在误差范围内基本一致，从而验证了所提出的设计方法的正确性。 第三，针对目前多稳态机构跳跃方向取决于单胞机构布置方式的不足，本文提出一种基于磁环组合结构的万向双稳态机构，建立了考虑端部转角和位移影响的大变形万向双稳态机构力学分析模型，并研制了实验样件，在误差范围内，模拟结果与实验结果基本一致，从而有效验证了所提出的设计模型的有效性。 论文提出的大行程磁机耦合多稳态机构设计理论和方法，对于新型多稳态机构的设计具有重要的理论指导意义。 |
| 作者： | 陈国玺 |
| 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： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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