电磁谐波活齿传动的磁场及柔轮振动研究

摘要

本文主要对新型传动机构——电磁谐波活齿传动系统的气隙磁场及柔轮的振动特性进行了研究，该系统是传统的电磁谐波传动与活齿传动的创新组合，是机械运动学、力学及电磁学等多种学科交叉发展的结晶。与其他类型的传动系统相比，该系统具有结构简单、体积小、转动惯量小、传动比大等优点，特别适用于要求输出扭矩较大，低速传动的场合。
　　本文首先对气隙磁场进行了分析和优化。运用有限元理论，建立了系统的二维模型，得到了气隙磁密分布图及柔轮的受力分布图，然后通过内置导磁体对以往模型进行了改进，使其磁场及磁力分布与理论更加吻合，参数化对比结果表明，优化后磁场分布更加合理，同时通过耦合分析证明了该模型的可行性。
　　在薄壳理论的基础上，将柔轮视为薄柱壳，建立了柔轮的两类动力学模型。第一类为符合边界条件，但没有考虑电磁弹性影响的传统动力学方程。对这类模型的求解，主要运用了Rayleigh-Ritz法与梁函数法，分析了其固有频率随参数的变化规律，给出了其动态响应图，并总结了其振动规律。
　　在考虑电磁弹性的影响作用时，整个问题则涉及感应磁场的线性化处理、电场与磁场的分布规律及电场与磁场的互相作用等，最终建立了柔轮在横向磁场中的运动方程。求解方程时，主要运用了梁函数法和多尺度法，得到了其振型图，并对其振动规律进行了总结。两类振型结果表明，在自由振动时，两类振动形态并无明显区别，后者的振幅及频率更高；但在受迫振动中，二者差异较大，后者表现出显著的非线性特征。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 工作原理、特点及应用

1.3 电磁谐波活齿传动的提出

1.4 国内外研究现状

1.5 本文的研究目的及主要内容

第2章 气隙磁场及磁场结构场耦合分析

2.1 磁场简化

2.2 磁场的数学描述

2.3 边界条件

2.4 Ansys磁场分析

2.5 磁场优化

2.6 柔轮受力随参数的变化规律

2.7 磁场与结构场耦合

2.8 本章小结

第3章 柔轮的动力学分析

3.1 柔轮的动力学微分方程组推导

3.2 柔轮的电动力学方程

3.3 洛伦兹质动力的计算

3.4 柔轮的磁弹性运动方程

3.5 本章小结

第4章 不考虑电磁弹性时柔轮的振动特性分析

4.1 自由振动

4.2 柔轮的受迫振动

4.3 本章小结

第5章 柔轮电磁弹性振动分析

5.1 基本假设

5.2 磁弹性运动方程

5.3 柔轮的电磁弹性自由振动

5.4 柔轮的电磁弹性受迫振动

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢