基于MCD的空心杯线圈成型装置设计研究

作     者：黄海涛 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘丹

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：机电一体化设计 MCD 空心杯线圈 成型装置 系统工程 虚拟调试 

摘      要：空心杯电机是一种具有节能、灵敏及稳定等性能的微特电机,被广泛地应用于军事、民用等领域。绕组线圈作为空心杯电机的关键元件,其制造水平直接影响空心杯电机质量性能。目前,国内电机公司在生产某类型空心杯线圈时,仍依赖手工作业来完成空心杯线圈的加工制造,但手工操作过程劳动强度大,作业效率低,并导致空心杯线圈制造质量较差。为解决空心杯线圈手工制作过程中存在的实际问题,本文拟运用机电一体化设计平台MCD完成某类型空心杯电机线圈成型装置的设计研究。机电一体化概念设计解决方案（Mechatronics Concept Designer,MCD）是依托于UG NX软件系统的机电概念设计模块,是一款面向多学科协同设计与集成仿真的机电一体化设计平台。本文的主要工作是基于MCD平台设计一种面向空心杯线圈成型的工作装置,主要研究内容如下:（1）首先分析了传统机电一体化设计流程及不足,并分析了MCD机电一体化设计原理及虚拟仿真技术。构建了基于MCD平台的机电一体化设计系统框架,并对基于MCD的机电一体化设计中系统工程、协同设计及调试验证等组成部分进行了详细阐述和分析。（2）从研究空心杯线圈的成型工艺需求出发,创建装置的系统工程活动,对装置的需求、功能及逻辑进行分析,创建了装置设计需求、功能表达及逻辑流程。基于Teamcenter平台协同建立装置“需求-功能-逻辑模型（RFL模型）。并根据功能及逻辑设计了装置组成及运行原理方案。（3）对装置中送线、排线、卷圆及输出等机构进行了结构组成设计,建立了各组成机构的几何模型。设计了装置运行的动作流程,并建立了机构部件之间的运动关系,分析了基于时序和事件的动作。为装置模型定义物理及运动属性,创建执行器及传感器属性,分别通过定义时序行为和事件行为建立仿真序列,完成了装置虚拟仿真,仿真结果验证了装置动作运行的有效性。（4）在MCD虚拟环境中,通过虚拟调试技术对空心杯线圈成型装置模型进行调试验证。结合MCD、TIA Portal及PLC控制器等建立了装置虚拟调试系统,通过在MCD及TIA Portal中分别创建装置信号机制和PLC控制程序,实现了装置组成机构在调试设定下运行,验证了装置在结构组成及行为动作层面设计的可行性。