考慮壓電材料遲滯非線性時(shí)旋轉(zhuǎn)行波超聲電機(jī)動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、超聲電機(jī)(Ultrasonic Motor，簡稱USM)是一種新型的微小電機(jī)，它利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)使定子產(chǎn)生超聲振動(dòng)，通過摩擦力來驅(qū)動(dòng)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)。USM在多個(gè)環(huán)節(jié)中存在非線性因素，其中壓電材料遲滯非線性對(duì)USM的性能具有重要影響。在USM非線性動(dòng)力學(xué)研究方面，對(duì)壓電材料遲滯非線性影響的研究尚未開展。 本文首次使用三次多項(xiàng)式遲滯模型描述壓電材料的遲滯非線性本構(gòu)關(guān)系。在考慮壓電材料遲滯非線性特性的情況下，使用廣義Hamilton

2、原理和Rayleigh-Ritz法，建立了旋轉(zhuǎn)行波超聲電機(jī)圓環(huán)定子駐波振動(dòng)和行波振動(dòng)的非線性動(dòng)力學(xué)模型，以及整機(jī)的非線性動(dòng)力學(xué)模型，并應(yīng)用非線性動(dòng)力學(xué)理論對(duì)定子駐波和行波振動(dòng)進(jìn)行了主共振分析。主要工作和結(jié)論如下： 1.概述了壓電材料遲滯非線性本構(gòu)關(guān)系的研究現(xiàn)狀和USM動(dòng)力學(xué)建模的常用方法； 2.根據(jù)壓電材料遲滯非線性特性，使用三次多項(xiàng)式遲滯模型，建立了介電遲滯、壓電遲滯和彈性遲滯的非線性本構(gòu)關(guān)系； 3.在不考慮定

3、、轉(zhuǎn)子界面接觸力的情況下，分別建立了考慮壓電材料介電遲滯非線性、壓電遲滯非線性和彈性遲滯非線性時(shí)圓環(huán)定子駐波振動(dòng)方程，通過分析得出，彈性遲滯非線性是導(dǎo)致定子動(dòng)力學(xué)響應(yīng)呈現(xiàn)非線性的直接原因； 4.在不考慮定、轉(zhuǎn)子界面接觸力的情況下，建立了考慮壓電材料彈性遲滯非線性時(shí)，圓環(huán)定子行波振動(dòng)的非線性動(dòng)力學(xué)方程，并應(yīng)用多尺度法求解其主共振響應(yīng)一次近似解。發(fā)現(xiàn)主共振響應(yīng)中存在雙峰共振、振幅不等和系統(tǒng)軟特性等現(xiàn)象，并分析了彈性遲滯參數(shù)對(duì)系統(tǒng)非線