雙振子駐波直線超聲電機(jī)的設(shè)計(jì)與建模.pdf

1、駐波直線超聲電機(jī)是最具代表性的直線超聲電機(jī)，它在航天、醫(yī)療、精密儀器儀表、機(jī)器人等領(lǐng)域中顯示了廣闊的應(yīng)用前景，得到了越來越廣泛的關(guān)注。目前的駐波直線電機(jī)雖然外形多種多樣，但其最基本的工作原理仍較單一，且在電機(jī)的整機(jī)建模上一直進(jìn)展緩慢，不利于其研究的進(jìn)一步發(fā)展。本文提出了一種新原理的駐波直線超聲電機(jī)的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)加工了樣機(jī)，并建立了該電機(jī)的整機(jī)動力學(xué)模型和整機(jī)熱力學(xué)模型。本文主要的研究內(nèi)容和成果綜述如下：
　　1.簡要地介紹了直線

2、超聲電機(jī)的發(fā)展歷史，并重點(diǎn)介紹了駐波直線超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和理論建模的研究現(xiàn)狀。針對駐波直線超聲電機(jī)研究的不足之處，明確了本課題的研究目標(biāo)。
　　2.提出了雙振子駐波直線超聲電機(jī)的設(shè)計(jì)方法。該方法的主要創(chuàng)新在于：將傳統(tǒng)駐波直線超聲電機(jī)定子的復(fù)雜耦合模態(tài)振動解耦成兩個(gè)簡單的獨(dú)立模態(tài)振動，并分別交由一個(gè)單模態(tài)振子來實(shí)現(xiàn)。由于兩振子是獨(dú)立設(shè)計(jì)的，因此可對它們的結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行調(diào)整，使電機(jī)兩項(xiàng)模態(tài)頻率一致。因此，該設(shè)計(jì)方法可簡化直線超聲電機(jī)的設(shè)

3、計(jì)。根據(jù)該方法，設(shè)計(jì)加工了一個(gè)基于桿結(jié)構(gòu)的雙振子型駐波直線超聲電機(jī)。在100Vp的電壓激勵(lì)下，樣機(jī)最大推力、速度、功率分別達(dá)到了47N，0.43m/s和7.85W。
　　3.探討了兩振子的固有頻率差對電機(jī)輸出性能的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)，控制該電機(jī)兩振子在自由邊界條件下的固有頻率，電機(jī)的輸出性能得到了改善。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對該樣機(jī)而言，當(dāng)自由邊界條件下定子的二階縱振固有頻率高于動子一階縱振固有頻率73 Hz時(shí)，樣機(jī)最

4、大推力、速度和功率分別達(dá)到了64.2 N，0.76 m/s和17.4 W；最大推重比達(dá)到23.7，最大效率達(dá)到39.6％。
　　4.建立了該雙振子駐波直線超聲電機(jī)的動力學(xué)模型。該動力學(xué)模型主要包括：定子與動子的接觸模型、定子的振動模型、動子的振動模型和定子與動子間摩擦傳動模型。利用該動力學(xué)模型可以得到定子和動子的模態(tài)特性、振動響應(yīng)、以及電機(jī)直線運(yùn)動的位移、速度與時(shí)間的關(guān)系等。在建模過程中，考慮了定子與動子接觸的非線性因素。

5、　　5.基于動力學(xué)模型，利用MATLAB編程，進(jìn)行了振子模態(tài)特性、電機(jī)輸出特性和電機(jī)瞬態(tài)特性的仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果一致。在仿真的基礎(chǔ)上，（1）提出一種電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)算法，編寫了程序并設(shè)計(jì)了人機(jī)交互界面，該程序快速準(zhǔn)確，方便該型電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（2）提出一種提高電機(jī)輸出性能和效率的方法，該方法通過實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。
　　6.分析總結(jié)了該電機(jī)運(yùn)行中溫度上升的原因，詳細(xì)計(jì)算了導(dǎo)致電機(jī)溫度上升的損耗。在計(jì)算的結(jié)果上，利用ANSYS對該電機(jī)