杆式直线行波超声电机的研究

发布时间：2017-05-28 06:05

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【摘要】：本课题来源于国家自然科学基金项目(No.51375225)。本文首先简要回顾了直线超声电机的研究情况,并根据直线行波超声电机在国内外的研究现状和存在的问题,提出了一种利用纵向行波驱动的杆式直线超声电机。利用压电换能器的纵向振动激发圆杆导轨产生纵向行波,并采用被动阻尼消除圆杆导轨上存在的行波反射,从而获得圆杆导轨表面的纯纵向行波传递。纵向行波在圆杆导轨上传递时,由于泊松效应,导轨表面质点形成椭圆运动,通过摩擦作用驱动设置在其表面的滑块做直线运动。基于传递矩阵法在杆单元的适用性,建立了定子系统表面质点的纵向振动速度/位移的数学模型。根据杆单元的泊松效应的定义,推导出了定子系统表面质点的径向振动速度/位移的数学模型。建立了实验测试系统,对定子系统表面质点的振动特性进行了测试。实验发现,圆杆导轨表面质点的振幅不一致,存在较高的驻波率,其中驻波率为1.97。为了进一步改善电机的性能,通过实验和仿真对被动阻尼的几何参数进行了优化研究,得到了最优几何参数。基于优化后的被动阻尼几何参数制作了原理样机,进行了振动特性及性能测试,包括圆杆导轨表面质点的椭圆运动轨迹和定子系统表面质点的纵向振动速度。实验表明,圆杆导轨表面的驻波率较优化前降低了29.7%;在200V的正弦电压的激励下,滑块的平均运动速度达到了120mm/s。
【关键词】：杆结构 直线超声电机 纵向行波 被动阻尼 参数优化
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM359.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 引言12
• 1.2 直线超声电机的研究现状概述12-21
• 1.2.1 直线行波超声电机12-20
• 1.2.2 直线驻波超声电机20-21
• 1.2.3 直线声表面波超声电机21
• 1.3 本文的主要研究内容21-23
• 第二章 杆式直线行波超声电机的结构设计与工作原理23-27
• 2.1 结构设计23-24
• 2.2 工作机理24-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 杆式直线行波超声电机的理论分析27-36
• 3.1 传递矩阵法27-30
• 3.2 杆式直线行波超声电机的振动分析30-35
• 3.2.1 轴向振动30-34
• 3.2.2 径向振动34-35
• 3.2.3 复合振动35
• 3.3 本章小节35-36
• 第四章 杆式直线行波超声电机的实验研究与参数优化36-50
• 4.1 建立实验系统36-37
• 4.2 实验研究与仿真结果验证37-42
• 4.3 被动阻尼的几何参数优化42-48
• 4.3.1 被动阻尼的直径优化42-43
• 4.3.2 被动阻尼的长度优化43-46
• 4.3.3 优化后的定子系统的性能研究46-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 总结与展望50-53
• 5.1 本文的主要工作50-51
• 5.2 后续工作展望51-53
• 参考文献53-60
• 致谢60-61
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文61-62

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本文编号：402030