磁浮式補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及特性研究.pdf

1、超精密定位工作臺(tái)常采用宏微驅(qū)動(dòng)技術(shù)以滿足大行程高速度高精度定位要求。在工作過(guò)程中,超精密定位工作臺(tái)的定位精度主要取決于微動(dòng)臺(tái),而微動(dòng)臺(tái)及其負(fù)載的重力、系統(tǒng)內(nèi)部執(zhí)行器和地面噪聲引起的工作臺(tái)擾動(dòng)限制了超精密定位工作臺(tái)的定位精度。為解決上述問(wèn)題發(fā)展了微動(dòng)臺(tái)重力補(bǔ)償和局部隔振減振技術(shù),其基本原理是采用氣浮或磁浮方式補(bǔ)償重力,降低宏動(dòng)臺(tái)與微動(dòng)臺(tái)間的水平和垂向剛度實(shí)現(xiàn)減振隔振,同時(shí)通過(guò)洛倫茲電機(jī)特性實(shí)現(xiàn)垂向驅(qū)動(dòng)的功能。研究超精密定位工作臺(tái)重力補(bǔ)償減

2、振機(jī)構(gòu)將為其實(shí)現(xiàn)高精度定位提供強(qiáng)有力的保障。
　　本文在分析總結(jié)超精密定位工作臺(tái)重力補(bǔ)償減振技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展和研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,采取了磁浮式補(bǔ)償器的方案,確定了其功能和指標(biāo),并據(jù)此對(duì)磁浮式補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)、計(jì)算仿真和實(shí)驗(yàn),最終達(dá)到超精密定位工作臺(tái)精確定位的要求。具體內(nèi)容包括:
　　1.從宏微驅(qū)動(dòng)技術(shù)和單自由度系統(tǒng)振動(dòng)分析入手,確定了磁浮式補(bǔ)償器的功能和指標(biāo),提出了磁浮式補(bǔ)償器總體設(shè)計(jì)方案,利用永磁體的磁極特性完成了永磁

3、體結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)、根據(jù)洛倫茲電機(jī)特性完成了垂向執(zhí)行器結(jié)構(gòu)和功能以及根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件完成了水冷結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
　　2.根據(jù)磁浮式補(bǔ)償器設(shè)計(jì)參數(shù)的指標(biāo),建立了基于永磁體等效電流密度模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)永磁體結(jié)構(gòu)所得到的力和剛度等參數(shù)的計(jì)算。并對(duì)線圈在工作中的熱量進(jìn)行了理論推導(dǎo)和計(jì)算。
　　3.運(yùn)用Solidworks三維CAD設(shè)計(jì)軟件對(duì)磁浮式補(bǔ)償器進(jìn)行三維建模,運(yùn)用IES邊界元電磁分析軟件對(duì)磁浮式補(bǔ)償器的力和剛度等參數(shù)進(jìn)行仿真分析,得到磁浮

4、式補(bǔ)償器的最大靜態(tài)力為76.08N,動(dòng)態(tài)力為18.45N,電機(jī)推力常數(shù)為2.96N/A(655安匝);垂向剛度范圍為-259~+260N/m(行程-1~+1mm),為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)提供了參照數(shù)據(jù)。
　　4.搭建了力學(xué)測(cè)量和溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)磁浮式補(bǔ)償器進(jìn)行力學(xué)性能的測(cè)試和熱性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的磁浮式補(bǔ)償器的最大靜態(tài)力為77.45N,動(dòng)態(tài)力在范圍為-19.67~+14.75N(電流-6~+6A),電機(jī)推力常數(shù)為2.69N/A