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機(jī)械類畢業(yè)論文開題報(bào)告
開題報(bào)告是寫畢業(yè)論文的第一個(gè)任務(wù)，下面是小編搜集整理的機(jī)械類畢業(yè)論文開題報(bào)告，歡迎閱讀查看。
1、目的及意義(含國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析)
精密加工和超精密加工時(shí)發(fā)展尖端技術(shù)的基礎(chǔ)，是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。我國(guó)從‘“九五”規(guī)劃開始，已將其列為關(guān)鍵技術(shù)之一。精密、超精密加工技術(shù)是包括精密微加工、精密測(cè)量和精密控制的一門綜合學(xué)科，而精密微致動(dòng)技術(shù)是其中的關(guān)鍵 。
目前超精密加工中所使用的刀具大多采用基于壓電陶瓷材料(PZT)的致動(dòng)元件，其輸出功率低，且必須采取有限措施防止沖擊力和高驅(qū)動(dòng)電壓造成的擊穿短路等問(wèn)題。因此采用超磁致伸縮材料制成的超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器(GMA)成為近年來(lái)研究微致動(dòng)技術(shù)的熱點(diǎn)。它的發(fā)展，勢(shì)必促進(jìn)微致動(dòng)技術(shù)在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和超精密加工、半導(dǎo)體生產(chǎn)、光學(xué)加工等領(lǐng)域的應(yīng)用 。
國(guó)外在超磁致伸縮致動(dòng)器(GMA)的研究方面取得了很多理論及應(yīng)用成果，日本用直徑6mm的超磁致伸縮棒制備了精密機(jī)床工具伺服裝置,其每平方毫米面積閃的驅(qū)動(dòng)力為588N，是壓電材料(PZT)的20倍，加工單晶硅晶面的平均粗糙度為1.9nm 。美國(guó)Etrema公司開發(fā)的大行程精密Terfenol-D致動(dòng)器應(yīng)用在活塞非圓加工機(jī)床上，最大行程為640μm(最大動(dòng)態(tài)行程350μm)，位移精度達(dá)2%±1.1μm，最大輸出力為2670N。另一超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用領(lǐng)域是微型馬達(dá)，包括直線馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，德國(guó)L.Kiesewetter教授研制的超磁致伸縮蠕動(dòng)型直線馬達(dá)，可產(chǎn)生1000N的驅(qū)動(dòng)力，極限速率為20mm/s ;美國(guó)的J.M.Vranish等利用超磁致伸縮材料開發(fā)的轉(zhuǎn)動(dòng)式步進(jìn)馬達(dá)扭矩輸出達(dá)12.2N·m，精度達(dá)800微弧度 。在流體控制領(lǐng)域，瑞典ABB公司設(shè)計(jì)了一個(gè)用GMM棒作為驅(qū)動(dòng)原件的燃料注入系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料的精密、瞬時(shí)控制，使燃料充分燃燒，減小污染，它在飛機(jī)和汽車等內(nèi)燃機(jī)中已得到應(yīng)用
國(guó)內(nèi)在磁致伸縮致動(dòng)器(GMA)的研究方面起步較晚，夏春林等(1999年)用超磁致材料制作了用于壓力氣動(dòng)閥的驅(qū)動(dòng)元件;浙江大學(xué)開發(fā)研制了活塞異型銷孔的制造系統(tǒng)，成功的解決了異型銷孔的制造難題;甘肅天星開發(fā)了商用化的超磁致伸縮智能振動(dòng)時(shí)效裝置;長(zhǎng)江工程地球物理勘測(cè)研究院開發(fā)了井間聲波發(fā)射換能器等稀土超磁致伸縮智能振動(dòng)時(shí)效裝置;武漢理工大學(xué)智能制造與控制研究所研制開發(fā)了超精密超磁致微動(dòng)執(zhí)行器。
然而，超磁致致動(dòng)器工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)線圈的發(fā)熱及超磁致伸縮棒的渦流與遲滯損耗均導(dǎo)致超磁致伸縮棒溫度的升高。而溫度的上升將導(dǎo)致超磁致伸縮棒的熱變形，嚴(yán)重影響致動(dòng)器的輸出位移精度。因此，在超磁致伸縮致動(dòng)器的設(shè)計(jì)中，必須采取措施消除或抑制由溫升帶來(lái)的不利影響。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)的旨在對(duì)某微進(jìn)給刀架中執(zhí)行元件超磁致伸縮致動(dòng)器的溫度特性分析并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以盡量消除或抑制溫升對(duì)超磁致致動(dòng)器性能帶來(lái)的不利影響，使其具有更好的工作性能和更高的輸出位移精度，進(jìn)一步推廣它在精密加工、超精密加工領(lǐng)域中的應(yīng)用，提升我國(guó)機(jī)電產(chǎn)品的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。
主要參考文獻(xiàn)：
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[2] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司.微驅(qū)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域概述[EB/OL].[2004-11-25].http://www.bsjm.com.cn/bs//11/yingyong.pdf.
[3] Goran Engdahl.Handbook of Giant Magnetostrictive Materials.Sa Diego:Academic Press,2000.
[4] 郭東明，楊興，賈振元等.超磁致伸執(zhí)行器在機(jī)電工程中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀鋼.中國(guó)機(jī)械工程.2001,12(6):724~727.
[5] 楊大智.智能材料與智能系統(tǒng)鋼.天津：天津大學(xué)出版社.2000.
2、基本內(nèi)容和技術(shù)方案
本畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)給定的微進(jìn)給刀架中超磁致致動(dòng)器在給定驅(qū)動(dòng)電流并恒溫水冷條件下進(jìn)行熱分析，通過(guò)對(duì)超磁致致動(dòng)器進(jìn)行有限元分析與仿真，研究超磁致伸縮棒表面的溫度場(chǎng)與熱變形。根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)超磁致致動(dòng)器進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，提高其工作性能。
論文的主要內(nèi)容包括：
第一章：緒論。 介紹本畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究意義和研究?jī)?nèi)容，綜述超磁致伸縮材料的物理特性、應(yīng)用及超磁致致動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)，闡述超磁致伸縮致動(dòng)器的應(yīng)用研究現(xiàn)狀及主要類型,在此基礎(chǔ)上提出本文的研究?jī)?nèi)容。
第二章：超磁致致動(dòng)器的發(fā)熱影響分析。 列出所有導(dǎo)致超磁致伸縮棒發(fā)熱的因素,從理論上分析超磁致伸縮棒溫度升高對(duì)致動(dòng)器輸出精度的影響,總結(jié)常用的超磁致致動(dòng)器的溫控方法以及其適用場(chǎng)合。
第三章：超磁致致動(dòng)器的熱分析理論以及軟件仿真。 介紹有限元熱分析的基本理論和步驟。在Abaqus環(huán)境下建立當(dāng)前微進(jìn)給刀架中致動(dòng)器的三維模型,并對(duì)超磁致致動(dòng)器施加的驅(qū)動(dòng)電流以及恒溫水冷的溫度下，對(duì)超磁致致動(dòng)器幾何模型施加的約束以及邊界條件，網(wǎng)格劃分等步驟后，經(jīng)軟件計(jì)算分析得到在該工況下超磁致致動(dòng)器中超磁致伸縮棒表面的溫度場(chǎng)。
第四章：超磁致致動(dòng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化。 根據(jù)前面所得出的有限元分析結(jié)果，介紹針對(duì)該超磁致致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案以及為什么要采取該方案，確定最終的驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)和所采用材料的熱屬性參數(shù)。對(duì)優(yōu)化后的致動(dòng)器施加相同的條件，利用軟件進(jìn)行有限元分析，得到優(yōu)化后致動(dòng)器中超磁致伸縮棒表面溫度場(chǎng)。將優(yōu)化前后的有限元分析結(jié)果進(jìn)行得出對(duì)比，得出結(jié)論，以證明優(yōu)化的有效性和正確性。
第五章：總結(jié)與展望。 概括畢業(yè)論文的主要研究成果，并展望了今后需進(jìn)一步開展的工作。
畢業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線主要包括：
(1)超磁致驅(qū)動(dòng)裝置的三維建模。 分析微進(jìn)給平臺(tái)的圖紙，在有限元分析軟件Abaqus環(huán)境中建立微進(jìn)給刀架中超磁致驅(qū)動(dòng)裝置的的三維模型。
(2)基于Abaqus的超磁致致動(dòng)器的溫度特性分析。 在有限元分析軟件Abaqus環(huán)境下，建立好超磁致致動(dòng)器的有限元模型后，對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分并施加相應(yīng)的約束以及邊界條件，對(duì)超磁致致動(dòng)器施加設(shè)定的驅(qū)動(dòng)電流以及25℃的恒溫水冷條件，利用軟件進(jìn)行有限元分析，得到超磁致伸縮棒表面的溫度場(chǎng)和熱變形量，分析溫升對(duì)超磁致致動(dòng)器輸出精度的影響。
(3)超磁致致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。 根據(jù)前面所得的有限元分析結(jié)果，對(duì)超磁致致動(dòng)器進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，改善超磁致伸縮棒的溫度場(chǎng)分布均勻度以減小熱變形誤差。初步設(shè)想主要從兩方面進(jìn)行優(yōu)化：一，對(duì)超磁致致動(dòng)器的線圈發(fā)熱進(jìn)行分析，得出線圈發(fā)熱模型，根據(jù)模型對(duì)線圈進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化改善超磁致伸縮棒的溫度場(chǎng)分布情況：二，將超磁致伸縮棒與線圈間套筒的材料換成相變材料，利用其相變過(guò)程中吸收潛熱，溫度維持不變的特性，抑制線圈發(fā)熱對(duì)超磁致伸縮棒的影響，總體采用相變加水冷組合溫控的技術(shù)方案。
(4)對(duì)比 對(duì)優(yōu)化后的超磁致致動(dòng)器在Abaqus環(huán)境中施加相同的驅(qū)動(dòng)電流及恒溫水冷的條件，進(jìn)行有限元熱分析，得到優(yōu)化后的致動(dòng)器中超磁致伸縮棒表面的溫度場(chǎng)。將優(yōu)化前后的有限元分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出結(jié)論，證明優(yōu)化的有效性和正確性。
3、進(jìn)度安排
(1) 第1-3周：畢業(yè)實(shí)習(xí)，完成實(shí)習(xí)報(bào)告。
(2) 第4-5周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，明確研究?jī)?nèi)容，了解研究所需的有限元分析軟件Abaqus。確定方案，完成開題報(bào)告。
(3) 第6-8周：學(xué)習(xí)軟件有限元分析軟件Abaqus，完成超磁致致動(dòng)器的三維建模與仿真。
(4) 第9-10周：在Abaqus環(huán)境下完成超磁致致動(dòng)器在給定驅(qū)動(dòng)電流條件下的熱分析，并針對(duì)分析結(jié)果對(duì)超磁致致動(dòng)器進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，對(duì)比優(yōu)化前后的熱分析結(jié)果。
(5) 第11-12周：根據(jù)分析結(jié)果，撰寫畢業(yè)論文。
(6) 第13周：修改、完善并打印畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，提交畢業(yè)論文準(zhǔn)備論文答辯。
(7) 第15周：制作答辯幻燈片，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。
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