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【6h】

磁悬浮精密定位工作台机电一体化CAD/CAE集成研究

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第一章绪论

1.1引言

1.2本文题目来源及研究意义

1.2.1题目来源

1.2.2研究的意义

1.3国内外精密工作台及磁悬浮技术研究进展

1.3.1国外技术现状

1.3.2国内技术现状

1.4现代设计方法及CAD/CAE技术应用

1.5本文的研究内容和研究方法

1.5.1主要研究内容

1.5.2研究方法

1.6本章小结

第二章磁悬浮技术和直线电机驱动原理及磁悬浮工作台概念设计

2.1引言

2.2磁悬浮技术

第三章磁悬浮精密定位工作台CAD/CAE技术路线

3.1引言

3.2CAD/CAE技术与虚拟样机技术

3.2.1三维屏幕样机设计的CAD软件及应用

3.2.2虚拟样机技术

3.2.3 CAE工程分析,综合设计评价

3.3技术路线

3.3.1虚拟样机设计

3.3.2磁悬浮工作台的电磁场分析

3.3.3磁悬浮工作台结构的有限元力学分析

3.3.4有限元分析与试验相结合

3.4本章小结

第四章磁悬浮精密工作台系统的虚拟样机及原理样机CAD设计

4.1引言

4.2磁悬浮精密工作台系统设计方案

4.3工件台虚拟样机设计

4.4磁悬浮工作台原理样机CAD结构设计

4.5本章小结

第五章磁悬浮精密定位工作台的电磁场分析及仿真

5.1引言

5.2不计漏磁的简单磁路、磁力计算

5.2.1简单磁路设计

5.2.2磁力计算

5.3电磁场有限元分析方法

5.4磁悬浮系统2D电磁场有限元分析实例

5.5原理样机磁悬浮系统3D电磁场分析

5.6永磁式直线直流电动机电磁场分析

5.6.1开磁路动铁型直线直流电动机的推力计算

5.6.2有效磁通密度BE的计算

5.6.3铁心中磁通密度的计算

5.7本章小结

第六章磁悬浮工作台结构的有限元力学分析

6.1引言

6.2有限元力学模型的建立

6.2.1建模原则和模型构造

6.2.2有限元模型参数

6.2.3约束条件

6.3磁悬浮工作台结构静力学分析

6.4磁悬浮工作台结构动力学分析

6.4.1模态分析

6.4.2有限元计算结果

6.5本章小结

第七章磁悬浮工作台原理样机试验

7.1引言

7.2原理样机的磁悬浮直线驱动定位试验

7.2.1原理样机的机电系统组成及安装联接

7.2.2非悬浮状态下平台的直线定位试验

7.2.3磁悬浮控制及平台悬浮状态下的直线定位试验

7.3原理样机模态试验

7.3.1模态试验目的和方法

7.3.2试验系统的组成及测试过程

7.3.3试验实施前的准备

7.3.4模态测试及结果分析

7.4有限元分析结果与试验结果比较

7.5改进结构设计方案

7.6本章小结

第八章结论与展望

8.1研究成果和结论

8.2本文的创新点

8.3进一步研究的展望

参考文献

博士期间发表的论文、申请的专利与基金课题

致 谢

作者简历

长春光学精密机械与物理研究所博士学位论文原创性声明

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摘要

本文综述了微电子制造设备发展趋势及其精密工作台如光刻机工作台的国内外发展现状及磁悬浮技术研究进展,简要介绍了光刻机工作台主要功能、技术指标要求、组成及关键技术,概述了磁悬浮技术及直线电机驱动的工作原理,着重研究用机电一体化CAD/CAE集成技术设计、分析磁悬浮精密定位工作台的方法,阐明了应用CAD/CAE技术研制磁悬浮精密定位工作台的现实意义.将磁悬浮技术和直线驱动技术相结合,采用CAD/CAE技术手段设计研究了一种新型磁悬浮精密定位工作台,它是针对微电子行业IC芯片制造设备如光刻机而研制的快速步进、精密定位机构,是创新性研究.利用磁悬浮技术将工作台悬浮在倒F导轨上,消除了导轨的摩擦和磨损:直线电机无接触驱动实现了工作台的精密定位.本文对磁悬浮定位平台进行了电磁场分析,推导出磁悬浮系统不计漏磁的简单磁路、磁力计算公式和原理样机所采用的开磁路直流直线电机推力及磁通密度计算公式,为设计、分析及控制提供参考.在ANSYS软件进行电磁场分析的基础上,将磁力计算结果调入CAE软件MSCPATRAN/NASTRAN中,磁力计算与结构力学耦合计算,有效地进行磁悬浮工作台静力学分析和动力学分析,合理地评价了磁悬浮移动平台的性能.分析结果表明,磁悬浮移动平台在稳定悬浮状态下具有较高的动态刚度.进行了磁悬浮原理样机的模态试验,通过有限元分析和试验结果比较,证明了本文所建立的磁悬浮定位平台有限元模型是合理的,提出的评价方法和分析结果是正确的.通过有限元分析与原理样机试验,找出了薄弱环节,对结构进行改进和优化设计.本文提出的机电一体化CAD/CAE集成设计分析方法,对解决精密快速步进定位等关键技术问题,缩短磁悬浮工作台研制周期,降低成本,起到了非常重要的作用.而且,该研究为机电产品设计尤其磁悬浮产品或直线电机设计提供了一种新的思路.

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