圓柱定子直線超聲波電機(jī)的設(shè)計(jì)、仿真與試驗(yàn)研究.pdf

1、超聲波電機(jī)是多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，涉及到機(jī)械、聲學(xué)、振動(dòng)、材料、摩擦、電力電子及自動(dòng)控制等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。論文選擇應(yīng)用前景較好的圓柱定子直線超聲波電機(jī)為研究開發(fā)對(duì)象，運(yùn)用超聲波電機(jī)振動(dòng)理論和振動(dòng)有限元分析方法，圍繞電機(jī)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)機(jī)理、數(shù)學(xué)模型、實(shí)驗(yàn)測(cè)試和驅(qū)動(dòng)控制進(jìn)行系統(tǒng)研究。 本文從以下幾方面進(jìn)行論述： 系統(tǒng)總結(jié)超聲波電機(jī)研究的分類和應(yīng)用，重點(diǎn)論述圓柱定子超聲波電機(jī)和直線超聲波電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，并在此基礎(chǔ)上提出了本論文選題的意義

2、，明確本文的研究?jī)?nèi)容。 從壓電陶瓷的壓電效應(yīng)、四類壓電方程、振動(dòng)模態(tài)以及機(jī)電耦合特性出發(fā)，分析了圓柱定子直線超聲波電機(jī)的工作機(jī)理，從理論上推導(dǎo)定子驅(qū)動(dòng)足的運(yùn)動(dòng)軌跡，并得出驅(qū)動(dòng)足最佳位置和最佳激勵(lì)相位差。 設(shè)計(jì)了一臺(tái)采用圓柱定子結(jié)構(gòu)的彎縱復(fù)合直線超聲波電機(jī)，并闡述其結(jié)構(gòu)和工作原理。通過合理設(shè)計(jì)同支結(jié)構(gòu)得出電機(jī)定子的振型，并設(shè)計(jì)定子的固支機(jī)構(gòu)，給出電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，完成樣機(jī)制作。利用有限元分析方法對(duì)電機(jī)進(jìn)行仿真，并介紹了電機(jī)定

3、子的模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析以及阻抗特性分析。采用基于LabView的阻抗測(cè)量方法測(cè)量定子阻抗特性，并通過實(shí)驗(yàn)得到電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性。根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方面的要求，提出驅(qū)動(dòng)電路特點(diǎn)，研制出電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。 初步建立圓柱定子直線超聲波電機(jī)的定子與動(dòng)子之間的接觸模型。動(dòng)力學(xué)分析采用赫茲接觸和庫侖摩擦，接觸面摩擦材料用法向線性彈簧和切向線性彈簧建模。用文中建立的模型仿真得到電機(jī)的輸出特性，并用試驗(yàn)對(duì)仿真結(jié)果加以驗(yàn)證。通過研究定子和動(dòng)子間的接觸模型

4、可以進(jìn)一步了解電機(jī)的工作過程，為提高電機(jī)工作性能提供依據(jù)。 利用Hamilton能量變分原理對(duì)圓柱定子超聲波電機(jī)定子進(jìn)行建模，推導(dǎo)出電機(jī)定子的機(jī)電能量系統(tǒng)，并通過對(duì)能量的變分，導(dǎo)出電機(jī)定子的運(yùn)動(dòng)方程，建立圓柱定子超聲波電機(jī)定子機(jī)電能量轉(zhuǎn)換模型，并進(jìn)行仿真分析。 對(duì)雙壓電品片直線超聲波電機(jī)進(jìn)行研究，該類型電機(jī)采用正交雙壓電晶片，壓電陶瓷用粘結(jié)劑粘貼在金屬彈性體上，施加與極化方向相同的激勵(lì)電壓，利用壓電陶瓷的d31模式產(chǎn)生彎