磁粉夹持系统夹持力控制技术的研究

论文摘要

目前,整体结构件具有重量轻、结构强度高、制造装配工作量小等优点,被广泛的应用于航空、航天、船舶等制造领域,但因尺寸大、结构复杂、壁薄等特点,难以保证工件加工质量。影响整体结构件加工质量的因素很多,其中装夹定位是关键因素之一。磁粉夹持系统是针对整体结构件装夹定位难而提出的一种新型装夹方案。本文在前人的研究基础上,对磁粉夹持系统的工作原理、磁性工件和非磁性工件夹持力的产生机理以及夹持力的控制技术进行了深入研究,获得了磁粉特性和磁极单元为磁粉夹持系统夹持力的两个关键控制因素。本文对磁粉特性控制技术进行分析,确定磁粉选择的原则。通过实验测定不同目数还原铁粉的摩擦系数,选择80目还原铁粉为填充的磁粉。利用有限元分析磁粉填充参数对磁粉填充部分磁感应强度的影响规律,作为以后实际加工中磁粉填充的理论指导。对磁极单元控制技术进行分析,利用有限元软件分析磁极单元结构参数对磁极单元和磁粉填充部分磁感应强度的影响规律,确定磁极单元的长度、间距、高度和厚度。根据所需的夹持力,对磁极单元磁路进行计算,确定电源和线圈的类型以及线圈匝数。设计并制作了磁粉夹持系统,利用风扇对磁粉夹持系统进行散热,并采用筛选的方法来分离切屑与磁粉。通过实验测定并分析磁性工件和非磁性工件垂直和水平方向上的夹持力与线圈电流和磁粉填充高度的关系。利用磁粉夹持系统装夹工件,在实际加工中观察磁粉夹持系统的装夹效果,初步达到了预期目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 整体结构件及其应用
• 1.1.1 整体结构件的介绍
• 1.1.2 整体结构件的应用
• 1.2 国内外整体结构件装夹技术的研究现状
• 1.2.1 整体结构件的装夹问题
• 1.2.2 国内整体结构件装夹技术
• 1.2.3 国外整体结构件装夹技术
• 1.3 研究背景及主要研究内容和组织结构
• 1.3.1 论文的研究背景
• 1.3.2 论文的主要研究内容
• 1.3.3 论文的组织结构
• 第二章 磁粉夹持系统夹持力的理论分析
• 2.1 磁粉夹持系统的工作原理
• 2.2 磁粉夹持系统夹持力的产生机理
• 2.2.1 磁粉整体模型的分析
• 2.2.2 物质的磁性分类
• 2.2.3 夹持力的产生过程
• 2.2.4 工件的两种受力分析
• 2.3 磁粉夹持系统夹持力的控制技术分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 磁粉特性控制技术的研究
• 3.1 磁粉特性控制技术的分析
• 3.1.1 磁粉材料的确定
• 3.1.2 磁粉摩擦系数的测定及目数的确定
• 3.2 有限元介绍
• 3.2.1 有限元基本思想及其分析软件介绍
• 3.2.2 ANSYS 有限元分析的步骤
• 3.2.3 ANSYS 有限元仿真方案设计
• 3.3 磁粉填充参数的有限元分析
• 3.3.1 磁粉填充长度的有限元分析
• 3.3.2 磁粉填充宽度的有限元分析
• 3.3.3 磁粉填充高度的有限元分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 磁极单元控制技术的研究
• 4.1 电磁场基本理论介绍
• 4.1.1 安培环路定律
• 4.1.2 基尔霍夫定律
• 4.1.3 磁路欧姆定律
• 4.2 磁极单元控制技术的分析
• 4.3 磁极单元结构参数的有限元分析
• 4.3.1 磁极长度的有限元分析
• 4.3.2 磁极间距的有限元分析
• 4.3.3 磁极高度的有限元分析
• 4.3.4 磁极厚度的有限元分析
• 4.4 磁极单元的设计与计算
• 4.4.1 磁极单元的设计方案
• 4.4.2 所需夹持力的计算
• 4.4.3 磁极单元材料及结构参数的确定
• 4.4.4 磁极单元磁路计算及线圈电源的确定
• 4.5 本章小结
• 第五章 磁粉夹持系统的设计及其夹持力的实验研究
• 5.1 磁粉夹持系统的设计
• 5.1.1 磁粉夹持系统整体结构设计
• 5.1.2 散热问题的研究
• 5.1.3 磁粉回收问题的研究
• 5.2 磁粉夹持系统夹持力测量方案
• 5.3 磁性工件夹持力的实验研究
• 5.3.1 磁性工件水平夹持力的测量与分析
• 5.3.2 磁性工件垂直夹持力的测量与分析
• 5.4 非磁性工件夹持力的实验研究
• 5.4.1 非磁性工件水平夹持力的测量与分析
• 5.4.2 非磁性工件垂直夹持力的测量与分析
• 5.5 工件加工可行性分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文