圓柱定子直線超聲波電機的設(shè)計、仿真與試驗研究.pdf

1、超聲波電機是多學科交叉的產(chǎn)物，涉及到機械、聲學、振動、材料、摩擦、電力電子及自動控制等多個學科領(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為研究開發(fā)對象，運用超聲波電機振動理論和振動有限元分析方法，圍繞電機設(shè)計、運動機理、數(shù)學模型、實驗測試和驅(qū)動控制進行系統(tǒng)研究。 本文從以下幾方面進行論述： 系統(tǒng)總結(jié)超聲波電機研究的分類和應(yīng)用，重點論述圓柱定子超聲波電機和直線超聲波電機的發(fā)展趨勢，并在此基礎(chǔ)上提出了本論文選題的意義

2、，明確本文的研究內(nèi)容。 從壓電陶瓷的壓電效應(yīng)、四類壓電方程、振動模態(tài)以及機電耦合特性出發(fā)，分析了圓柱定子直線超聲波電機的工作機理，從理論上推導定子驅(qū)動足的運動軌跡，并得出驅(qū)動足最佳位置和最佳激勵相位差。 設(shè)計了一臺采用圓柱定子結(jié)構(gòu)的彎縱復(fù)合直線超聲波電機，并闡述其結(jié)構(gòu)和工作原理。通過合理設(shè)計同支結(jié)構(gòu)得出電機定子的振型，并設(shè)計定子的固支機構(gòu)，給出電機的整體結(jié)構(gòu)，完成樣機制作。利用有限元分析方法對電機進行仿真，并介紹了電機定

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的阻抗測量方法測量定子阻抗特性，并通過實驗得到電機的動態(tài)特性。根據(jù)電機驅(qū)動控制方面的要求，提出驅(qū)動電路特點，研制出電機驅(qū)動電路。 初步建立圓柱定子直線超聲波電機的定子與動子之間的接觸模型。動力學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的輸出特性，并用試驗對仿真結(jié)果加以驗證。通過研究定子和動子間的接觸模型

4、可以進一步了解電機的工作過程，為提高電機工作性能提供依據(jù)。 利用Hamilton能量變分原理對圓柱定子超聲波電機定子進行建模，推導出電機定子的機電能量系統(tǒng)，并通過對能量的變分，導出電機定子的運動方程，建立圓柱定子超聲波電機定子機電能量轉(zhuǎn)換模型，并進行仿真分析。 對雙壓電品片直線超聲波電機進行研究，該類型電機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電壓，利用壓電陶瓷的d31模式產(chǎn)生彎