2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、超聲電機(jī)雖然只有20年發(fā)展歷史,但由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計靈活、低速、力矩密度大、響應(yīng)快、無電磁干擾等優(yōu)點(diǎn),在航空航天、機(jī)器人、光學(xué)儀器、醫(yī)療器械、精加工、辦公自動化、信息產(chǎn)業(yè)、汽車等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。但超聲電機(jī)發(fā)展歷史較短,輸出性能有著很多不足,特別是行波超聲電機(jī)的低速平滑性能尚不能滿足某些特殊領(lǐng)域的實際需要。行波超聲電機(jī)定子表面質(zhì)點(diǎn)的振幅通常在微米數(shù)量級,不足以克服摩擦副粗糙度對其低速平滑性的影響。為解決這一問題,本文在行波

2、超聲電機(jī)的基礎(chǔ)上引入次級諧波摩擦傳動,提出一種低速平滑性好的基于諧波摩擦減速的超聲電機(jī),并針對諧波摩擦減速超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理以及次級柔輪的徑向變形與電機(jī)機(jī)械特性的匹配模型進(jìn)行了全面的研究。
  諧波摩擦減速超聲電機(jī)由初級超聲行波驅(qū)動——雙錐面齒行波超聲電機(jī),和次級機(jī)械行波減速——諧波摩擦傳動機(jī)構(gòu)組成。本文首先分析了傳統(tǒng)圓環(huán)形行波超聲電機(jī)由于其結(jié)構(gòu)和工作原理而存在的輸出力矩小、轉(zhuǎn)子需要軸承定位的問題,提出并研制一種雙錐面齒驅(qū)動

3、、并通過錐形驅(qū)動齒實現(xiàn)自身軸系支承的無軸承行波超聲電機(jī)。電機(jī)定子為雙面齒有支撐的對稱結(jié)構(gòu),與兩個轉(zhuǎn)子分別接觸,增大了電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間的接觸面積,大大提高了電機(jī)的輸出力矩及電機(jī)的熱穩(wěn)定性。定子齒面為錐齒面,利用定轉(zhuǎn)子間的接觸錐面對轉(zhuǎn)子直接定位,實現(xiàn)了行波超聲電機(jī)的無軸承支撐,避免了真空、高低溫高輻射等特殊環(huán)境給常規(guī)驅(qū)動技術(shù)帶來的潤滑等難題。該電機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的接觸錐面可實現(xiàn)次級諧波摩擦傳動構(gòu)件——鋼球之間相對定子軸同心度的誤差補(bǔ)償,保證各鋼球

4、施加于柔輪的應(yīng)力相對平衡。分析定子關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)定子基體厚度、定子齒高、齒面斜度、齒根高度及定子彈性支撐等對定子諧振頻率及振動強(qiáng)度的影響,為定子齒結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計提供一定的理論指導(dǎo)。最后驗證了行波超聲電機(jī)定子上質(zhì)點(diǎn)的橢圓運(yùn)動軌跡,并利用有限元瞬態(tài)分析,證明了雙錐面齒行波超聲電機(jī)在壓電陶瓷激勵下,可以在定子齒上形成橢圓運(yùn)動軌跡。
  諧波摩擦減速超聲電機(jī)的次級諧波摩擦傳動可以有效放大諧波幅值,弱化粗糙度對行波超聲電機(jī)低速平滑性的不良影

5、響,實現(xiàn)大速比的減速功能,使超聲電機(jī)的最低平滑速度降低兩至三個數(shù)量級,以滿足許多低速驅(qū)動應(yīng)用場合的需要,進(jìn)一步擴(kuò)大超聲電機(jī)在精密驅(qū)動及航空航天等特定領(lǐng)域的應(yīng)用。
  初級雙錐面齒行波超聲電機(jī)和均布在其外圓周上的鋼球構(gòu)成次級諧波摩擦傳動系統(tǒng)的機(jī)械行波波發(fā)生器。當(dāng)內(nèi)部的行波超聲電機(jī)旋轉(zhuǎn)時,鋼球擠壓柔輪使之產(chǎn)生靜態(tài)徑向變形,變形產(chǎn)生的諧波數(shù)與鋼球數(shù)目相同,鋼球繞內(nèi)部電機(jī)軸線轉(zhuǎn)動時,在柔輪上形成繞電機(jī)軸線旋轉(zhuǎn)的機(jī)械行波。柔輪表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橢

6、圓運(yùn)動,當(dāng)剛輪以一定預(yù)緊力壓在柔輪上時,剛輪在其和柔輪接觸點(diǎn)間的摩擦力作用下,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。當(dāng)鋼球繞內(nèi)部電機(jī)軸線轉(zhuǎn)一周時,剛輪僅轉(zhuǎn)過剛輪內(nèi)圓周長和柔輪外圓周長差的距離,因此實現(xiàn)了大的減速比。在圍繞諧波摩擦減速超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上,分析了諧波摩擦傳動的原理、柔輪波形曲線的理論模型以及柔輪質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡,在此基礎(chǔ)上分析了諧波摩擦傳動系統(tǒng)的傳動比。最后分析了柔輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)對柔輪應(yīng)力分布的影響。
  分析柔輪最大徑向變形的影響因素,以

7、及諧波摩擦傳動比的下限與柔輪最大徑向變形的匹配模型。在針對諧波摩擦傳動系統(tǒng)各主要構(gòu)件力學(xué)分析的基礎(chǔ)上分析柔輪的最大徑向變形與雙錐面齒無軸承行波超聲電機(jī)輸出力矩的匹配,得出滿足材料疲勞強(qiáng)度極限及匹配關(guān)系的柔輪最大徑向變形的匹配模型,該匹配模型可用于指導(dǎo)選擇合理的柔輪最大徑向變形,從理論上確保諧波摩擦減速超聲電機(jī)的諧波減速部分能夠正常工作。然后利用實驗,通過使用不同的鋼球和與之協(xié)調(diào)的剛輪,驗證柔輪變形與雙錐面齒無軸承行波超聲電機(jī)輸出力矩的匹

8、配模型。
  首先測試裝配前雙錐面齒無軸承行波超聲電機(jī)定子的阻抗頻率特性,進(jìn)行超聲電機(jī)的阻抗匹配。然后測試雙錐面齒無軸承行波超聲電機(jī)的機(jī)械輸出特性,其最大空載速度達(dá)到120r/min,堵轉(zhuǎn)力矩為0.85N?m,是實驗室相近規(guī)格傳統(tǒng)單面齒行波超聲電機(jī)堵轉(zhuǎn)力矩的2.1倍。最后測試諧波摩擦減速超聲電機(jī)樣機(jī)的機(jī)械輸出特性,該樣機(jī)空載條件下,驅(qū)動電壓峰峰值為40V時,電機(jī)的速度達(dá)到0.05r/min的最低速,驅(qū)動電壓峰峰值為320V時,電機(jī)

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