旋轉(zhuǎn)行波超聲電機的非線性動力學(xué)建模與機理分析.pdf

1、壓電超聲電機(USM，ultrasonic motor)是近二十多年才發(fā)展起來的新型微電機系統(tǒng)，具有低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單等諸多優(yōu)點。USM在多個環(huán)節(jié)具有較強的非線性因素，這些因素的存在對整機系統(tǒng)的性能產(chǎn)生明顯的影響。 壓電材料非線性是超聲電機中主要非線性因素之一，對超聲電機在考慮壓電材料非線性特性時的動力學(xué)建模和機理分析，尚未展開深入的理論分析。本文考慮壓電材料二次非線性本構(gòu)關(guān)系，應(yīng)用廣義Hamilton原理和Ray

2、leigh-Ritz法等方法建立了旋轉(zhuǎn)行波超聲電機定子駐波振動、定子行波振動、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動和軸向運動及整機的非線性動力學(xué)模型；應(yīng)用非線性動力學(xué)理論和方法，研究了超聲電機系統(tǒng)的非線性動力學(xué)行為。論文工作包括以下幾部分： 1.對超聲電機非線性動力學(xué)建模與機理分析的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了綜述； 2.建立了旋轉(zhuǎn)行波超聲電機定子駐波振動的非線性動力學(xué)模型，使用多尺度法計算動力學(xué)模型的駐波振動主共振響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，振動主共振響應(yīng)中存在二次

3、諧波、振幅跳躍和多解現(xiàn)象，數(shù)值積分的結(jié)果驗證了解析解的正確性； 3.不考慮摩擦界面力，建立了旋轉(zhuǎn)行波超聲電機定子行波振動的非線性動力學(xué)模型。使用多尺度法計算動力學(xué)模型的行波振動主共振二次近似響應(yīng)，揭示了主共振響應(yīng)中存在模態(tài)分裂、振幅不等、振幅跳躍和多解現(xiàn)象，分析系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響。數(shù)值積分給出系統(tǒng)主共振的穩(wěn)定解； 4.考慮摩擦界面力的影響，建立了旋轉(zhuǎn)行波超聲電機整機(不包括控制系統(tǒng))的非線性動力學(xué)方程； 5