機械電子工程專業(yè)畢業(yè)論文[精品論文]石蠟熱力學(xué)特性及其無纜驅(qū)動器研究(編輯修改稿)
2024-12-22 04:33 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 導(dǎo)熱系數(shù)的處理和材料物理性質(zhì)都是溫度的函數(shù)，獲得了無纜驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)材料、尺寸和實際感應(yīng)加熱參數(shù)與石蠟溫度場的關(guān)系，為驅(qū)動器的優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。研究表明了模擬結(jié)果與實驗結(jié)果具有非常好的一致性。 優(yōu)化設(shè)計了感應(yīng)線圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)，改進(jìn) 了驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)，完全避免了石蠟粘連現(xiàn)象的發(fā)生，建立了無纜石蠟驅(qū)動器單向運動性能試驗裝置，獲得了驅(qū)動器的運動性能。研究表明了驅(qū)動器單向移動的平均速度與冷卻方式有關(guān)，雖然速度不是很快，但對于進(jìn)入人體內(nèi)的石蠟驅(qū)動器，由于冷卻方式的改變，移動速度可以滿足醫(yī)用內(nèi)窺鏡的要求。在此基礎(chǔ)上提出了一種組合方式的無纜雙向驅(qū)動器模型，實現(xiàn)則可解決石蠟驅(qū)動器無纜雙向移動這一難題。 隨著微機電系統(tǒng)的發(fā)展，加強動力和能源的研究迫在眉睫。對于進(jìn)入人體腔道進(jìn)行 “ 微創(chuàng)或無創(chuàng) ” 診查的醫(yī)用內(nèi)窺鏡，或進(jìn)入易燃易爆等危險區(qū)域的管道進(jìn)行檢查與維修微機 器人，所用的微驅(qū)動器要求輸出力大、位移大和溫度變化范圍不能太大。石蠟在熔點附近具有很大的體膨脹系數(shù)，以石蠟作為熱膨脹材料的熱驅(qū)動是解決這一問題的新途徑。而給驅(qū)動器供能是上述問題面臨的一個關(guān)鍵技術(shù)。有線方式限制了驅(qū)動器的移動和使用環(huán)境，同時導(dǎo)線對微驅(qū)動器也是一個不小的負(fù)擔(dān)。因此，實現(xiàn)無纜驅(qū)動成為石蠟驅(qū)動器實際應(yīng)用的一個重要突破口。論文的主要工作和創(chuàng)新之處。 建立了水浴加熱石蠟性能試驗裝置，利用靜態(tài)和動態(tài)測定方法，獲得了石蠟整體的壓力、體積和溫度關(guān)系，熔化曲線的線性度，冷卻方式和彈簧壓力對熱滯后的影響等熱力 學(xué)特性，為石蠟驅(qū)動器的研制奠定了基礎(chǔ)。研究表明了當(dāng)壓力從 0 升高到 時，在熔點附近很小的溫度范圍內(nèi)，石蠟的體膨脹系數(shù)達(dá)到 10％，具有很大的體膨脹系數(shù)，輸出力完全可以操作醫(yī)用內(nèi)窺鏡。降低冷卻速度和采用彈性系數(shù)小的恢復(fù)彈簧都可以減小石蠟的熱滯后程度，在保證有足夠快的冷卻速度下，盡量減小石蠟驅(qū)動器的熱滯后程度。 利用石蠟溫度控制驅(qū)動器位移時，熱滯后現(xiàn)象使控制變得復(fù)雜。為了掌握石蠟熱滯后現(xiàn)象的規(guī)律，首次對其影響因素進(jìn)行了研究。 建立了電磁感應(yīng)加熱石蠟性能試驗裝置，利用電磁感應(yīng)加熱原理，實現(xiàn)了石蠟驅(qū) 動器的無纜驅(qū)動，獲得了試驗裝置高功率因素的實現(xiàn)、線圈參數(shù)的匹配和感應(yīng)加熱特性。研究表明了石蠟溫度從25℃ 升高到 60℃ ，電磁感應(yīng)加熱只需要 56s，能為驅(qū)動器提供足夠的能量和加熱速度。 結(jié)合實驗結(jié)果，并應(yīng)用 ANSYS 軟件，開發(fā)的石蠟驅(qū)動器軸對稱感應(yīng)加熱處理算法，完成了電磁場和溫度場的耦合分析、石蠟的相變分析、混合物導(dǎo)熱系數(shù)的確定、玻璃有效導(dǎo)熱系數(shù)的處理和材料物理性質(zhì)都是溫度的函數(shù)，獲得了無纜驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)材料、尺寸和實際感應(yīng)加熱參數(shù)與石蠟溫度場的關(guān)系，為驅(qū)動器的優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。研究表明了模擬結(jié)果與實 驗結(jié)果具有非常好的一致性。 優(yōu)化設(shè)計了感應(yīng)線圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)，改進(jìn)了驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)，完全避免了石蠟粘連現(xiàn)象的發(fā)生，建立了無纜石蠟驅(qū)動器單向運動性能試驗裝置，獲得了驅(qū)動器的運動性能。研究表明了驅(qū)動器單向移動的平均速度與冷卻方式有關(guān)，雖然速度不是很快，但對于進(jìn)入人體內(nèi)的石蠟驅(qū)動器，由于冷卻方式的改變，移動速度可以滿足醫(yī)用內(nèi)窺鏡的要求。在此基礎(chǔ)上提出了一種組合方式的無纜雙向驅(qū)動器模型，實現(xiàn)則可解決石蠟驅(qū)動器無纜雙向移動這一難題。 隨著微機電系統(tǒng)的發(fā)展，加強動力和能源的研究迫在眉睫。對于進(jìn)入人體腔道進(jìn)行 “ 微創(chuàng)或無創(chuàng) ” 診查的醫(yī)用內(nèi)窺鏡，或進(jìn)入易燃易爆等危險區(qū)域的管道進(jìn)行檢查與維修微機器人，所用的微驅(qū)動器要求輸出力大、位移大和溫度變化范圍不能太大。石蠟在熔點附近具有很大的體膨脹系數(shù)，以石蠟作為熱膨脹材料的熱驅(qū)動是解決這一問題的新途徑。而給驅(qū)動器供能是上述問題面臨的一個關(guān)鍵技術(shù)。有線方式限制了驅(qū)動器的移動和使用環(huán)境，同時導(dǎo)線對微驅(qū)動器也是一個不小的負(fù)擔(dān)。因此，實現(xiàn)無纜驅(qū)動成為石蠟驅(qū)動器實際應(yīng)用的一個重要突破口。論文的主要工作和創(chuàng)新之處。 建立了水浴加熱石蠟性能試驗裝置，利用靜態(tài)和動態(tài)測定方法，獲得了石蠟整體的壓力、體積和 溫度關(guān)系，熔化曲線的線性度，冷卻方式和彈簧壓力對熱滯后的影響等熱力學(xué)特性，為石蠟驅(qū)動器的研制奠定了基礎(chǔ)。研究表明了當(dāng)壓力從 0 升高到 時，在熔點附近很小的溫度范圍內(nèi)，石蠟的體膨脹系數(shù)達(dá)到 10％，具有很大的體膨脹系數(shù)，輸出力完全可以操作醫(yī)用內(nèi)窺鏡。降低冷卻速度和采用彈性系數(shù)小的恢復(fù)彈簧都可以減小石蠟的熱滯后程度，在保證有足夠快的冷卻速度下，盡量減小石蠟驅(qū)動器的熱滯后程度。 利用石蠟溫度控制驅(qū)動器位移時，熱滯后現(xiàn)象使控制變得復(fù)雜。為了掌握石蠟熱滯后現(xiàn)象的規(guī)律，首次對其影響因素進(jìn)行了研究。 建立 了電磁感應(yīng)加熱石蠟性能試驗裝置，利用電磁感應(yīng)加熱原理，實現(xiàn)了石蠟驅(qū)動器的無纜驅(qū)動，獲得了試驗裝置高功率因素的實現(xiàn)、線圈參數(shù)的匹配和感應(yīng)加熱特性。研究表明了石蠟溫度從25℃ 升高到 60℃ ，電磁感應(yīng)加熱只需要 56s，能為驅(qū)動器提供足夠的能量和加熱速度。 結(jié)合實驗結(jié)果，并應(yīng)用 ANSYS 軟件，開發(fā)的石蠟驅(qū)動器軸對稱感應(yīng)加熱處理算法，完成了電磁場和溫度場的耦合分析、石蠟的相變分析、混合物導(dǎo)熱系數(shù)的確定、玻璃有效導(dǎo)熱系數(shù)的處理和材料物理性質(zhì)都是溫度的函數(shù)，獲得了無纜驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)材料、尺寸和實際感應(yīng)加熱參數(shù)與石蠟溫度 場的關(guān)系，為驅(qū)動器的優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。研究表明了模擬結(jié)果與實驗結(jié)果具有非常好的一致性。 優(yōu)化設(shè)計了感應(yīng)線圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)，改進(jìn)了驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)，完全避免了石蠟粘連現(xiàn)象的發(fā)生，建立了無纜石蠟驅(qū)動器單向運動性能試驗裝置，獲得了驅(qū)動器的運動性能。研究表明了驅(qū)動器單向移動的平均速度與冷卻方式有關(guān)，雖然速度不是很快，但對于進(jìn)入人體內(nèi)的石蠟驅(qū)動器，由于冷卻方式的改變，移動速度可以滿足醫(yī)用內(nèi)窺鏡的要求。在此基礎(chǔ)上提出了一種組合方式的無纜雙向驅(qū)動器模型，實現(xiàn)則可解決石蠟驅(qū)動器無纜雙向移動這一難題。 隨著微機電系統(tǒng)的發(fā)展 ，加強動力和能源的研究迫在眉睫。對于進(jìn)入人體腔道進(jìn)行 “ 微創(chuàng)或無創(chuàng) ” 診查的醫(yī)用內(nèi)窺鏡，或進(jìn)入易燃易爆等危險區(qū)域的管道進(jìn)行檢查與維修微機器人，所用的微驅(qū)動器要求輸出力大、位移大和溫度變化范圍不能太大。石蠟在熔點附近具有很大的體膨脹系數(shù)，以石蠟作為熱膨脹材料的熱
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