磁力冲击式电锤钻的整体结构设计毕业设计论文 ㊣ 精品文档 值得下载

进行寻优处理，设定初始种群个数为，进化次数为代，经过次迭代后，可以得到最优点为，对应的值为，此时磁力冲击机构的综合性能最佳，基因算法寻优得到的最优点图如图所示。

浙江大学硕士学位论文磁力冲击机构冲击性能分析及参数优化设计图基因算法最优点图将上述的优化结果带入仿真模型中进行计算仿真，可以得到冲击能量图如图所示，磁作用力的变化如图所示。

图冲击能量的变化曲线浙江大学硕士学位论文磁力冲击机构冲击性能分析及参数优化设计图磁作用力的变化曲线优化后，目标函数值为，比初始位置，时降低了，此时永磁体的利用率最高。

相比于第三种设定的初始值，优化后的模型的冲击能量为，比初始值提高了，永磁体总体积为，比初始体积减小了。

本章小结本章首先分析了磁极数目磁体角度分布磁体厚度磁体半径最小间隙等设计参数对冲击性能的影响，然后从这些设计参数中选取了磁体厚度及磁体半径作为优化设计变量，构建了目标函数，建立了响应面代理模型，然后运用遗传算法进行了寻优，得到了永磁体利用率的最优点，经过仿真计算检验，证明了优化的正确性。

浙江大学硕士学位论文样机研制及实验分析样机研制及实验分析磁力冲击机构的实验分析为了验证前述两章中建模以及仿真分析过程的正确性，本论文中设计了磁力测试的方案，搭建了磁力冲击机构磁力测试平台进行验证，测试在静止状态下转动盘与冲击盘上永磁体之间的磁作用力，并通过将实验所测的结果与仿真分析的结果进行对比来验证仿真建模的正确性。

测力方法简介本实验的主要目的是测得在不同转角情况下，转动盘与冲击盘上永磁体之间的磁作用力大小，归根结底是测量磁作用力的大小，而目前常用的测量力的方法大致分为以下几种运用已知大小的力去平衡被测量力，从而能够得到被测力的大小值，其中，已知的力可以为重力电磁力等等根据牛顿运动定律，通过测量加速度来间接推导出被测量力的大小值根据压强相关公式，通过测量流体压力来间接计算被测量力的大小根据材料力学相关知识，测量在被测量力作用下的弹性元件所产生的应变来推导被测量力的值。

以上的这几种方法均能够对静态力或者变化缓慢的力进行测量，但是最后种方法则比较适合测试连续变化的力，所以通过弹性元件的应变或者变形来测试力的大小这种方法在实际测试中应用地极为广泛。

本论文中所涉及到的实验是测量转动盘转动周内冲击盘所受到的磁作用力大小，属于对动态力的测量，根据实验室的实验设备条件以及具体的技术要求，选择了最后种方法，即运用弹性元件所产生的应变来测量磁作用力的大小。

实验原理由于磁力冲击机构在冲击过程中的整体工况较为复杂，磁体之间的相对转角及间距均在不断的变化，很难直接测试出在冲击的动态过程中冲击盘所受磁作用浙江大学硕士学位论文样机研制及实验分析力的大小，故本论文将测量当冲击盘与转动盘之间的距离为固定值时，测量不同转角下冲击盘所受磁作用力的大小，以此来验证仿真分析的正确性。

实验的原理示意图如图所示，运用支架及轴承固定转动盘，限制其轴向移动然后运用导向套筒限制冲击盘的周向转动，把弹性元件与冲击盘的端连接起来，弹性元件的另端也是固定的，在弹性元件上贴有应变片，应变片则与测试仪器相连接。

当通过齿轮带动转动盘转动时，永磁体之间的距离是固定的，此时冲击盘会受到磁作用力会压缩或拉伸弹性元件，此时弹性元件会产生应变，通过测量弹性元件的应变就可以计算得到磁作用力的大小。

图实验原理图图中，支承座，支架，轴承，齿轮，轴承，转动盘，永磁体，永磁体，冲击盘，导向套筒，应变片，弹性元件浙江大学硕士学位论文样机研制及实验分析图具体实验流程整个测试磁作用力的流程如图所示，首先弹性元件会在力的作用下会发生微小的弹性形变，然后贴在弹性元件上的电阻应变片也会随之产生形变，并且形变会产生电阻值的变化，桥信号采集模块将采集到变化的信号，并通过机箱存入内部缓存，控制器会将信号读取出来并进行处理，然后存入存储器，通过无线路由器传到电脑中，最后在软件中进行数据的处理和分析。

本实验中采用的测试系统是由控制器，机箱，应变测试模块及其它附件电阻应变片，无线路由器，机等所组成的。

其中嵌入式实时控制器具有个的工业实时处理器，包含内存和非易失存储介质，能够实现确定可靠的实时应用。

通过以太网端口，可实现网络内置式和文件服务器上的编程通信。

是款槽采用核心的可重新配置的嵌入式机箱，具有优良的处理能力，并可通过软件设计自定义硬件。

提供可连往任何模块的底层硬件，方便地创建各浙江大学硕士学位论文样机研制及实验分析种定时触发和同步方案。

是款通道，桥应变片模块，具有位分辨率和通道的采样频率，适合动态高精度应变测量。

它内置电压激励，可直接连接桥传感器，大大降低测试电路的复杂程度。

此外，各个模块的路通道为同步通道，可帮助用户在规模更小通道更为密集的系统中进行更多测量。

根据的电路原理图及图，可以推导出桥模拟输入模块的应变公式如下内部校准电阻，内部校准电阻值等于应变片电阻，设，应变片电阻改变量为，模块的输出为，由图可知其中，是模块的输出值。

可以得到应变片的应变ε为其中为应变片的灵敏度系数。

其中桥模拟输入模块的电路原理图如图所示。

图的电路原理图浙江大学硕士学位论文样机研制及实验分析对此电路图进行简化可以得到等效电路图如图所示图简化电路图在通过仪器测试得到弹性元件的应变ε之后，可以根据材料力学中应变ε与拉压力之间的关系，求出弹性元件所受的拉压力值，即为论文中要测试的磁作用力的值，具体公式如式所示。

其中为弹性材料的弹性模量，为横截面积。

下面为搭建好的实验台架，其中图为应变片的粘贴图，图为控制器机箱及应变测试模块，图为整个实验台架的实物图。

图应变片粘贴图浙江大学硕士学位论文样机研制及实验分析图控制器机箱及应变测试模块图实验台架图实验结果与分析本实验的主要目的有两个第，首先通过实验的结果验证磁力冲击原理的正确性及可实现性第二，通过实验的结果验证前两章所建立的仿真模型的正确性及准确性。

磁力冲击原理的验证磁力冲击技术的基本原理就是转动盘和冲击盘上极交错排列的永磁体之间的相对转动会交替地产生排斥力和吸引力，从而能够实现冲击部件的往复冲击运动。

浙江大学硕士学位论文样机研制及实验分析考察在静止状态下安装在冲击盘以及转动盘上磁体之间的磁作用力，在不改变其他参数的情况下，测量当磁体间隙为的时转动盘转动周内冲击盘所受到的磁作用力的值，可以得到组磁作用力与转动角度之间的关系曲线如图所示。

图磁作用力与转动角度之间的关系在图中，正值为排斥力，负值为吸引力。

从图中的曲线可以看出，在转角在范围内磁作用力表现为排斥力，在范围内表现为吸引力，在范围内表现为排斥力。

通过对磁作用力的测量可以知道转动盘在进行转动时，能够交替地产生排斥力及吸引力，从而驱动冲击盘做往复冲击运动。

仿真计算模型的验证将测量得到的磁作用力值与仿真模型计算得到的值进行对比，对比曲线如图所示，其中圆形曲线为实验测量得到的磁作用力值，方形曲线为仿真计算得到的磁作用力值。

从图中可以明显看出两条曲线大体上是比较接近的，但是还是有定的偏差，从表中可以清楚得看出，实验结果与仿真计算的结果存在左右的误差。

经过分析，可以确定存在偏差的原因主要有以下两个是仿真计算模型是经过简化的，与真实的模型存在定的区别，所以仿真的结果会产生定的偏差二是在实验台架搭建过程中，应变片以及固定装置等存在定的误差，从而导致实验结果也存在定的偏差。

但是总得来看，仿真结果与实验结果比较致，可以认为仿真计算模型是正确的。

浙江大学硕士学位论文样机研制及实验分析图实验结果与仿真计算结果对比图表实验与仿真误差对比转动角度仿真结果实验结果误差浙江大学硕士学位论文样机研制及实验分析表续样机研制本论文是在国家自然科学基金资助项目，及浙江省重大科技专项的资助下进行的，本人作为项目的主要研究人员，参与项目申请书的撰写总体方案设计具体结构设计产品性能分析及优化设计零件采购加工及样机装配调试等各个环节。

在与浙江永康当地家企业的合作下，完成了基于永磁传动实现冲击功能的关键技术研究，并在电锤工具产品中得到了成功应用和试产。

在样机试制基础上，对磁力冲击机构加以进步的完善，进行了小批量试产，产品的温升振动噪声等指标通过了德国莱茵公司的权威检测。

在项目研究阶段中，本论文针对项目产品及其应用场合的特殊性，在磁力冲击机构中采用了分区充磁磁体，极大简化了结构，为项目的产业化带来了突破性的进展并且运用导向套筒实现了对冲击部件转动的限制，替代了原有的复杂结构。

试制成功的样机如图，