機電作動器的大量使用已成為多電和全電飛機的發(fā)展趨勢,隨著對航空航天領域機電作動器尺寸、精度及性能要求的提高,滾珠絲杠直線作動器在承載能力、行程壽命、摩擦和效率等方面的問題日漸明顯,近年來,滾柱絲杠直線作動器解決了滾珠絲杠直線作動器存在的問題,以其特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的性能得到廣泛應用。永磁同步電機以其高效率、高功率密度和高轉(zhuǎn)矩密度的特點,在航空航天領域得到廣泛的應用,其作為滾柱絲杠直線作動器的執(zhí)行部件,有限的尺寸對電機電磁性能的發(fā)揮有極大的限制,永磁同步電機設計的好壞對機電作動器的整體性起決定性作用。本文針對有限的尺寸內(nèi)最大極限的發(fā)揮電機性能,實現(xiàn)電機快速響應性能和平穩(wěn)性能,設計了一種集成式滾柱絲杠直線作動器用永磁同步電機,為設計特殊結(jié)構(gòu)電機提供理論依據(jù),具有重要意義。本文首先分析了航空航天領域永磁同步電機所面臨的問題和關鍵技術,按照給定的性能指標,確定電機各部件結(jié)構(gòu)和材料。采用解析法計算電機尺寸,分析永磁體和外磁路的等效模型,給出PMSM整體的等效模型,分析主磁導和漏磁導、漏磁系數(shù)和空載漏磁系數(shù)之間的關系。其次,確定電機仿真流程,采用ANSYS中的RMxprt模塊對電機初步建模,在Max... 

【文章來源】：西安科技大學陜西省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

行星滾柱絲杠副結(jié)構(gòu)組成

西安科技大學全日制工程碩士學位論文21.2集成絲杠作動器概述1.2.1絲杠作動器的原理滾珠絲杠直線作動器是絲杠與螺母之間以滾珠為滾動體的絲杠副，是在絲杠和螺母上分別加工出圓弧形螺旋槽，這兩個圓弧槽合起來便形成了螺旋滾道，在滾道內(nèi)裝入滾珠，當絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)時，滾珠在螺旋滾道內(nèi)滾動，迫使二者發(fā)生軸向相時運動。為避免滾珠從螺母中滾出來，在螺母的螺旋槽兩端設有回程引導裝置，使?jié)L珠能返回絲杠螺母之間構(gòu)成一個閉合回路。而滾柱絲杠直線作動器是通過在絲杠周圍設置若干行星螺紋滾柱，可大幅增加傳動過程中絲杠副的受力接觸而積，使機構(gòu)可以承受更大的載荷和沖擊，可靠性高，承載能力大、壽命高、抗沖擊性強、剛度大，且非常適合用于高速重載工作的應用場合[5]。滾柱絲杠直線作動器由絲杠、滾柱、螺母、內(nèi)齒圈和行星架組成，其結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。絲杠的旋轉(zhuǎn)運動通過滾柱的行星運動傳遞給螺母，轉(zhuǎn)換為螺母的直線運動。滾柱作為滾柱絲杠中的滾動體，由螺紋和端部齒輪組成，是動力傳輸?shù)年P鍵部件，如圖1.2所示。圖1.1行星滾柱絲杠副結(jié)構(gòu)組成圖1.2行星滾柱絲杠副滾柱結(jié)構(gòu)滾柱絲杠直線作動器作為一種高性能的直線傳動裝置，憑借其優(yōu)越的性能和特殊的結(jié)構(gòu)，被廣泛應用于高檔數(shù)控機床、超精密儀器儀表、高端武器裝備、高端醫(yī)療設備和航空航天等領域。滾珠絲杠直線作動器和滾柱絲杠直線作動器兩者相同之處在于：1.都是作為旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)直線運動的傳動機構(gòu)；2.都是以滾動摩擦傳動的，可以減小傳動過程中的摩擦阻力。兩者不同之處在于：1.滾珠絲杠是點接觸，而滾柱絲杠是面接觸；2.滾珠絲杠是以滾珠作為滾動體，而滾柱絲杠是以滾柱作為滾動體。近年來，滾柱絲杠直線作動器以其優(yōu)越的性能被廣泛應用，原因在于：

速度和加速度，克服了滾珠直徑對傳動機構(gòu)的限制，可以采用比滾珠絲杠副更小的導程，實現(xiàn)小導程下的高速運動，振幅和噪音均較��；4.由于滾柱絲杠直線作動器的非圓弧螺紋具有很小的導程角，特別利于提高絲杠傳動的精度，因此，可以實現(xiàn)微精密進給，提高傳動精度[8]。1.2.2滾柱絲杠直線作動器的分類根據(jù)滾柱絲杠直線作動器與電機配合方式的不同，可分為非一體式滾柱絲杠直線作動器和一體式滾柱絲杠直線作動器（即集成式滾柱絲杠直線作動器）兩種。其中，非一體式是將滾柱絲杠在外部與電機的輸出軸通過齒輪等傳動機構(gòu)連接，如圖1.3所示；一體式是將轉(zhuǎn)子內(nèi)部掏空，轉(zhuǎn)子內(nèi)表面設有螺紋線，將滾柱絲杠組件嵌入而成的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，輸出軸經(jīng)由其外圓周的螺旋線，通過行星分布的滾柱與伺服電機轉(zhuǎn)子內(nèi)表而的螺旋線嚙合運動，產(chǎn)生推出或回退的運動，將電機和傳動機構(gòu)等部件集成安裝，且能夠阻隔空氣中的污染物，即使在惡劣環(huán)境下也能夠正常運行，其結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。圖1.3非一體式滾柱絲杠直線作動器圖1.4一體式滾柱絲杠直線作動器相比之下，在有限尺寸和惡劣的使用環(huán)境中，外部連接方式不能滿足要求，選用內(nèi)部放置的方式可以減少系統(tǒng)的尺寸和重量，提高電機的響應速度。綜上所述，一體化電力作動器的體積限制成為電機設計的關鍵因素，研究減小永磁同步電機尺寸和降低電機的質(zhì)量、優(yōu)化電機結(jié)構(gòu)的一體化作動器具有重要意義和廣闊的應用前景，成為眾多學者研究的一個熱點。


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