本文關(guān)鍵詞：新型行波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的設(shè)計(jì)與研究

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【摘要】：超聲電機(jī)(Ultrasonic Motor, USM)是一種全新概念的微特電機(jī)。它打破了傳統(tǒng)電磁感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的概念,而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)以及電機(jī)定、轉(zhuǎn)子的摩擦耦合來(lái)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。超聲電機(jī)的發(fā)展歷史雖短,但顯示出了蓬勃的生命力,尤其在航空航天、醫(yī)療器械、精密儀器儀表以及新型武器裝備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前,行波型旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)是投入應(yīng)用較為廣泛的一種超聲電機(jī),其顯著特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、低速大扭矩、斷電自鎖、無(wú)電磁干擾、位移分辨率高等,特別適用于小(微)型化和精密儀器的驅(qū)動(dòng)和控制。本文提出了一種新型行波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī),基于有限元分析方法,針對(duì)電機(jī)定子進(jìn)行了深入的研究。主要內(nèi)容和研究成果概括如下：1、分析了壓電陶瓷元件通過(guò)誘發(fā)應(yīng)變來(lái)實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的工作原理,簡(jiǎn)要地介紹了行波型旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu),從而闡述了激發(fā)行波型旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)定子行波的必要條件,分析了定子產(chǎn)生行波后其表面質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡的形成機(jī)理；2、建立了基于能量等效原則的超聲電機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型,為下文設(shè)計(jì)新型行波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)提供一定的理論依據(jù),并分析了超聲電機(jī)在一個(gè)周期內(nèi)所做的總功由定子的結(jié)構(gòu)損耗、摩擦接觸面的損耗和轉(zhuǎn)子的輸出功三部分構(gòu)成；3、在上述基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新型施加預(yù)壓力的行波型旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī),該裝置采用定子浮動(dòng),轉(zhuǎn)子固定,預(yù)壓力由定子向轉(zhuǎn)子施加的方式,此外定子采用輻射板結(jié)構(gòu),在定子振動(dòng)時(shí),輻射板之間空氣加速流動(dòng),可以幫助消除定子與轉(zhuǎn)子摩擦驅(qū)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量,延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命；4、搭建了基于激振器、功率放大器、掃頻信號(hào)發(fā)生器等組成的超聲電機(jī)模態(tài)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試平臺(tái),得到了新型行波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)定子結(jié)構(gòu)前三階的固有頻率,為下文驗(yàn)證有限元分析的可靠性提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；5、介紹了在新型行波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)定子的設(shè)計(jì)過(guò)程中有限元分析軟件ANSYS Workbench的應(yīng)用,通過(guò)設(shè)計(jì)不同的定子結(jié)構(gòu)和改變定子輻射板的槽寬、外徑以及厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù),運(yùn)用有限元對(duì)定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,比較不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)定子振動(dòng)的固有頻率及幅值的影響,然后選擇最佳狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的定子輻射板的結(jié)構(gòu)參數(shù),達(dá)到定子輻射板結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。
【關(guān)鍵詞】：超聲電機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 有限元分析 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 實(shí)驗(yàn)研究
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM359.9
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 課題的研究背景及意義8
• 1.2 國(guó)內(nèi)外超聲電機(jī)的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀8-12
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外超聲電機(jī)的發(fā)展歷史8-11
• 1.2.2 超聲電機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11-12
• 1.3 超聲電機(jī)的特點(diǎn)及其分類12-14
• 1.3.1 超聲電機(jī)的特點(diǎn)12-13
• 1.3.2 超聲電機(jī)的分類13-14
• 1.4 超聲電機(jī)研究過(guò)程中尚待解決的問(wèn)題14
• 1.5 論文的主要研究?jī)?nèi)容14-16
• 第二章 行波型旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理16-25
• 2.1 壓電現(xiàn)象16-20
• 2.1.1 壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)16-17
• 2.1.2 壓電性能參數(shù)17-18
• 2.1.3 壓電陶瓷元件的設(shè)計(jì)18-20
• 2.2 行波型旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理20-24
• 2.2.1 定子表面行波的形成20-22
• 2.2.2 定子表面質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動(dòng)的形成22-24
• 2.2.3 基于定、轉(zhuǎn)子摩擦界面的動(dòng)力輸出原理24
• 2.3 本章小結(jié)24-25
• 第三章 行波型旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的理論模型25-34
• 3.1 定子的等效模型和參數(shù)25-27
• 3.2 定子的振動(dòng)頻率方程27-28
• 3.3 定子的受迫振動(dòng)解析式28-29
• 3.4 接觸面力的傳遞模型29-32
• 3.5 能量等效數(shù)學(xué)模型32-33
• 3.6 本章小結(jié)33-34
• 第四章 新型行波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)34-41
• 4.1 初始設(shè)計(jì)方案34-36
• 4.2 改進(jìn)設(shè)計(jì)方案36-40
• 4.2.1 定子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)36-37
• 4.2.2 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)37-38
• 4.2.3 碟簧保持架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)38-39
• 4.2.4 法蘭盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)39
• 4.2.5 新型行波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的裝配圖39-40
• 4.3 本章小結(jié)40-41
• 第五章 新型行波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究41-47
• 5.1 超聲電機(jī)制作的工藝流程和工藝要求41
• 5.2 壓電陶瓷的黏結(jié)41-43
• 5.3 定子結(jié)構(gòu)的模態(tài)實(shí)驗(yàn)43-46
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)的搭建43-44
• 5.3.2 模態(tài)實(shí)驗(yàn)44-46
• 5.4 本章小結(jié)46-47
• 第六章 新型行波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)定子的有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化47-62
• 6.1 有限元方法簡(jiǎn)介47-49
• 6.1.1 有限單元法的基本原理47-48
• 6.1.2 ANSYS Workbench概述48-49
• 6.2 定子的有限元模型49-50
• 6.3 定子的模態(tài)分析50-52
• 6.3.1 定子的振動(dòng)模態(tài)選擇51
• 6.3.2 定子的模態(tài)分析結(jié)果51-52
• 6.4 定子的諧響應(yīng)分析52-54
• 6.4.1 施加載荷52-53
• 6.4.2 定子的諧響應(yīng)分析結(jié)果53-54
• 6.5 理論模型、有限元模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析54-56
• 6.5.1 理論模型與有限元模型結(jié)果對(duì)比55
• 6.5.2 有限元模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比55-56
• 6.6 定子的結(jié)構(gòu)優(yōu)化56-61
• 6.6.1 定子結(jié)構(gòu)幾何模型56-58
• 6.6.2 五種定子結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)模態(tài)的影響58-59
• 6.6.3 定子輻射板的槽寬對(duì)振幅的影響59
• 6.6.4 定子輻射板的外徑對(duì)振幅的影響59-60
• 6.6.5 定子輻射板的厚度對(duì)振幅的影響60-61
• 6.7 本章小結(jié)61-62
• 第七章 總結(jié)與展望62-64
• 7.1 研究工作總結(jié)62-63
• 7.2 研究展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 致謝67-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間主要的研究成果68-69

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 趙淳生;21世紀(jì)超聲電機(jī)技術(shù)展望[J];振動(dòng).測(cè)試與診斷;2000年01期

2 楊淇,楊明,闕沛文;大力矩超聲電機(jī)[J];應(yīng)用聲學(xué);2001年03期

3 趙淳生;超聲電機(jī)技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用和未來(lái)[J];電氣時(shí)代;2001年03期

4 陳志華,趙淳生;超聲電機(jī)控制中的若干關(guān)鍵問(wèn)題[J];微特電機(jī);2002年06期

5 趙淳生;面向21世紀(jì)的超聲電機(jī)技術(shù)[J];中國(guó)工程科學(xué);2002年02期

6 孫合明,趙淳生,朱曉東,高N，

本文編號(hào)：1070475