【摘要】： 隨著機構系統(tǒng)不斷向著柔性化、高速化、輕量化和高精度化方向發(fā)展,其對機構系統(tǒng)彈性動力學性能的要求越來越高,具有良好的力學性能且剛重比和阻尼特性顯著優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料的先進復合材料,近年來也開始在機構系統(tǒng)中獲得應用,并顯示出良好的應用前景。然而這些高速輕質機構系統(tǒng)在運行中時常表現(xiàn)出一些難以解釋的異常行為,究其原因是對該類機構系統(tǒng)非線性動態(tài)特性的研究還很不深入,對該類機構系統(tǒng)機電耦合等深層次問題也沒有作詳細探討,這些理論問題已成為束縛新型復合材料在機電系統(tǒng)中推廣應用的瓶頸。在這種情況下,對該類機構系統(tǒng)的非線性動態(tài)特性及耦合動力學等深層次問題的研究顯得越來越重要。本文的研究目的就是要解決電動機—彈性連桿機構系統(tǒng)的非線性動態(tài)特性及耦合動力學的一些問題。主要內容包括: 應用有限單元法建立三相交流電機—彈性連桿機構系統(tǒng)的耦合動力學模型。首先,根據(jù)電機轉子存在振動偏心這種實際狀態(tài)的機電耦合關系,引入電機氣隙磁場能量函數(shù),建立以電機轉子橫振、扭振為節(jié)點位移的電機單元;然后,分別根據(jù)金屬材料和三維編織復合材料的特點,建立金屬材料梁單元和三維編織復合材料梁單元;最后,在電機單元、金屬材料梁單元和三維編織復合材料梁單元的基礎上,應用有限單元法建立電動機—彈性連桿機構系統(tǒng)的耦合動力學方程。所建方程較好地體現(xiàn)了該系統(tǒng)動態(tài)性能與其電磁參數(shù)、結構參數(shù)和材料參數(shù)之間的實際關系,表達了以往方程未能反映的動態(tài)性能,為進一步深入研究電動機—彈性連桿機構系統(tǒng)的動力學特性與系統(tǒng)的電磁參數(shù)、結構參數(shù)及材料參數(shù)之間的內在聯(lián)系奠定了基礎。 利用多尺度法對電動機—彈性連桿機構系統(tǒng)的參激振動和強迫振動的耦合機理及發(fā)生參、強聯(lián)合共振條件進行深入研究,得到一些有益的結論。研究表明,三相交流電機—彈性連桿機構系統(tǒng)存在非線性電磁參數(shù)激勵和外激勵;電磁參數(shù)激勵是由電機轉子振動偏心時不均勻氣隙的氣隙磁場導致的,是系統(tǒng)產(chǎn)生參激振動的主要原因之一;外激勵是由系統(tǒng)自激慣性力產(chǎn)生的;在電磁參數(shù)激勵和外激勵聯(lián)合作用下系統(tǒng)將產(chǎn)生參激振動和強迫振動相耦合的現(xiàn)象。 在充分考慮攝動法和數(shù)值分析法特點的基礎上,推導一種既能深入研究電動機—彈性連桿機構系統(tǒng)的動力學特性,又能求得較高精確度的動力學響應的方法——迭代式模態(tài)疊加多尺度法。首先利用多尺度法求解系統(tǒng)動力學響應的一次近似解,然后將該一次近似解作為系統(tǒng)廣義坐標初值,利用迭代式模態(tài)疊加法求得系統(tǒng)動態(tài)響應的精確解,其精確度可通過預先設定的一個小的正數(shù)來控制。 采用多尺度法研究電動機—彈性連桿機構系統(tǒng)在電磁參數(shù)激勵下的主共振和次諧共振、在系統(tǒng)自激慣性力作用下的超諧共振、在電磁參數(shù)激勵和自激慣性力共同作用下的組合共振和多重共振及其運動穩(wěn)定性等問題,給出各種共振響應的一次近似攝動解表達式,推導出一種能夠判斷共振穩(wěn)定性的算法,分析電機參數(shù)對系統(tǒng)動力學特性的影響。 研制能有效測試電動機—彈性連桿機構系統(tǒng)中構件動態(tài)響應的實驗裝置,開展有關電動機—彈性連桿機構系統(tǒng)動力學特性的實驗研究,驗證本文理論研究的正確性。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2006
【分類號】：TH112
【圖文】：

1 112 21Y 2 1Z11 1 1 1 12 20 0121 0101 ( , ) 1( , ( )[ ] ( )[ 2 21( , )( )[ ]2l llW x t W x tN E I x dx E I x x xV x tG J x dxx = + + ∫ ∫∫機軸材料的彈性模量；1I ( x )為電機軸抗彎截面慣性矩分剪切彈性模量；01J ( x )為電機軸極慣性矩分布函數(shù)。氣隙磁場能，由于電機存在齒槽等因素，空間磁密沿氣隙圓周并非步電機正常運行時，氣隙中除了存在基波旋轉磁場外，場，如圖 2-3 所示。這些高次諧波主要是由于主極的外芯的飽和，使氣隙磁場在空間非正弦分布所引起。氣隙矩和雜散損耗的主要原因。交流繞組磁勢不僅是空間的

起的振動可能同時存在徑向、軸向和切向分量間諧波磁場通過電機結構上采取措施而得到削，本文采用以下的基本假設：定子繞組 A、B、C 和三相轉子繞組 a、b、通以三相對稱電流，各相電流在氣隙空間產(chǎn)場氣隙長度δ 相對于轉子半徑和轉子有效長兩端的邊緣效應，看作二維磁場來研究；和與漏磁，磁導率為無窮大；各向同性，其磁化曲線是單值的；次諧波分量小，只考慮基波分量的作用。別繞組、短距線圈等工藝時，就能夠使高次諧即在基波磁動勢稍微有所減小的同時，諧波磁勢的波形。在以上的基本假設條件下，電動機0 電角度，并且三相電流的幅值相等。

[100], 分析中可采用圖2-6所示的幾何單胞[60],其中四束編織紗處于單胞的對角線方向,在單胞中心O點相交。各編織紗均與 x 軸成α 角(稱為編織角),在 y-z 平面內的投影與 y 軸成β 角。圖中所畫為第 1 向編織紗的α 與β 。采用層合板類推法分析此種材料的剛度和阻尼特性可知，該材料可視為四個單向纖維復合材料部分疊合形成，其剛度由各部分剛度按體積分數(shù)疊加[11]。1 2 3 4圖 2-5 三維編織復合材料的三維四向纖維結構 圖 2-6 幾何單胞2.4.1 單元位移模式三維編織復合材料梁單元中，其中性層中軸線上任一點的彈性橫向位移3W ( x , t)

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2748715