基于准H式超声换能器的压电直线电机研究

发布时间：2017-06-25 04:17

  本文关键词：基于准H式超声换能器的压电直线电机研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超声电机是一种国内外正着力发展的高新技术电机,是当前微特电机领域的研究热点,在航空航天、医疗器械、生物工程等许多领域内具有广泛应用前景。目前,直线超声电机技术还不成熟,普遍存在结构型式单一、推力较小、速度不高等问题。为丰富直线超声电机型式并改进电机性能,本文着力研究了直线超声电机设计理论总结技术,完成了以下工作:1、回顾了压电直线超声电机的发展,介绍了直线超声电机的特点及应用,厘清了直线超声电机的分类,阐明了直线超声电机的研究现状,指出直线超声电机研究的关键问题,说明了本研究的目的与意义。2、提出一种基于面内复合模态的准H型变截面夹心式定子的直线电机。建立了该定子APDL参数化分析模型。以两相模态频率一致且工作振幅最大为目标,通过对定子结构尺寸进行模态灵敏度分析和计算,实现了定子动力学特性的优化并求得定子优化尺寸为37mm×60mm×11mm。阐释了电机的驱动机理,推导了其定子驱动端椭圆运动轨迹方程,通过施加电压载荷对定子振动特性进行了瞬态分析仿真,求得定子在200V电机激励下的纵、弯工作振幅为8μm和6μm,并通过对施加电压载荷的改变验证了在激励不同的情况下椭圆运动轨迹的变化。3、提出一种两直线自由度的准H型变截面夹心式定子的直线电机,该定子以面内纵弯复合模态以及面外复合模态作为工作模态,并阐释了电机的运动原理。通过对该定子的结构尺寸进行模态灵敏度分析和计算,实现了其结构动力学优化,并求得定子优化尺寸为34.4mm×59.2mm×11.5mm.建立了电机机电耦合数值分析模型,仿真出定子频响特性曲线以及椭圆运动轨迹。4、基于准H型变截面夹心式定子提出了两种电机装配方案,并基于摩擦学原理对两种方案分别进行了分析,最终得出一种较为可靠的装配方案,为样机的研制提供了理论依据。
【关键词】：复合模态 超声电机 驱动机理 动力学设计
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM359.4;TB552
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 引言8
• 1.2 超声电机技术概述8-9
• 1.3 直线型超声电机国内外发展状况及其应用9-14
• 1.3.1 国内外直线型超声电机研究10-12
• 1.3.2 直线超声电机技术的应用12-14
• 1.4 直线超声电机现行的技术所面临的问题14
• 1.5 本课题研究的主要内容14-16
• 第二章 夹心式超声电机振动理论及压电材料研究16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 变截面杆中的振动理论研究16-17
• 2.3 定子动力学模型分析方法17
• 2.4 超声电机驱动用压电陶瓷材料17-23
• 2.4.1 压电陶瓷材料分类18
• 2.4.2 压电陶瓷材料的性能18-21
• 2.4.3 压电陶瓷材料的压电转换方程及超声电机振动驱动机理21-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 准H型变截面定子研究24-43
• 3.1 引言24
• 3.2 压电电机定子的结构设计准则24-25
• 3.3 面内纵弯振模态叠加准H型定子25-30
• 3.3.1 准H型定子结构分析及工作模态假定25-26
• 3.3.2 定子弹性基体材料及压电材料的确定26-28
• 3.3.3 准H型变截面定子驱动的电机的工作原理28-30
• 3.4 定子结构动力学分析与设计30-36
• 3.4.1 定子的有限元数值建模30
• 3.4.2 定子的结构化设计30-36
• 3.5 准H型变截面定子动力学特性的数值模拟36-39
• 3.5.1 定子工作模态计算36-37
• 3.5.2 定子谐响应特性37-38
• 3.5.3 定子瞬态振动响应特性38-39
• 3.6 定子驱动端质点运动轨迹的数学推导与调控39-42
• 3.6.1 驱动端质点运动轨迹的数学推导39-40
• 3.6.2 驱动足椭圆运动轨迹的调相位差法调节40-41
• 3.6.3 驱动足椭圆运动轨迹的调电压法调节41-42
• 3.7 本章小结42-43
• 第四章 两直线自由度准H型定子研究43-50
• 4.1 引言43
• 4.2 两直线自由度准H型定子43-47
• 4.2.1 两直线自由度准H型定子工作模态假定43-45
• 4.2.2 两直线自由度准H型定子结构分析45-47
• 4.3 两直线自由度准H型定子仿真研究47-49
• 4.3.1 两直线自由度准H型定子谐响应分析47-48
• 4.3.2 两直线自由度准H型定子瞬态响应分析48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 准H型变截面夹心式结构电机研究50-57
• 5.1 引言50
• 5.2 准H型变截面电机定、动子间接触特性研究50-54
• 5.2.1 定子与动子接触分析50-51
• 5.2.2 准H型变截面双驱动足定、动子接触研究51-54
• 5.3 准H型变截面结构电机装配方案设计54-56
• 5.3.1 电机装配方案一54-55
• 5.3.2 电机装配方案二55-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第六章 总结与展望57-59
• 6.1 本论文创新点及工作总结57
• 6.1.1 本论文的创新点57
• 6.1.2 本文研究工作总结57
• 6.2 下一步研究工作展望57-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士学位期间主要研究成果及参与科研项目62-63
• 致谢63-64

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