多定子旋转超声波电机建模与仿真研究

发布时间：2017-06-14 02:14

  本文关键词：多定子旋转超声波电机建模与仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为了提高超声波电机输出转矩,同时又不过于增大电机的体积,本文提出了多定子旋转超声波电机。第一,介绍了超声电机的原理、发展历史、分类、及其应用;介绍了大转矩超声电机国内外发展的现状及目前存在的不足,进而引出本文研究的内容和意义。第二,对多定子旋转超声电机定子进行了仿真分析,得到了其系列振动特性:定子的模态频率及振型、振幅及阻抗随频率变化关系、定子齿端质点椭圆运动轨迹的形成过程及其输入电流随时间变化规律。介绍了多定子旋转超声电机的结构及运行机理。建立了电机定转子间摩擦接触的数学模型,并在有限元软件ANSYS中,分别建立了单组定转子有限元接触模型和多组定转子有限元模型,并进行了仿真分析,得到了其机械特性曲线。第三,为了进一步提高电机的输出性能,用ANSYS有限元软件及正交设计方法相结合,研究了转子各个参数及参数间的两两交互作用对定转子间接触面积的影响,在此基础上设计出了电机的转子;基于灵敏度分析方法和ANSYS10.0优化分析工具,对电机转子进行优化设计,实现了电机转子共振频率和定子共振频率的分离。第四,为了减小行波型旋转超声电机定转子间的径向滑移,提出通过增大转子摩擦层径向最大剪切变形角的方法来达到减小径向滑移的目的,基于定子与摩擦层间的粘滑原理,讨论了定子与摩擦层间的摩擦系数大小及摩擦材料的泊松比大小对径向滑移的影响。第五,对影响多定子旋转超声波电机同步驱动的因数进行分析,分析各个因数对其同步驱动影响程度的大小,并通过仿真分析直观得到了各个因素对电机转速的的影响;针对多定子旋转超声电机发热严重的问题,综合考虑电机产生损耗的原因,利用有限元软件ANSYS对电机定转子进行热分析,了解了电机定转子稳定运转时的温度场分布,分析得到了在定转子上选取关键点的温升变化曲线。
【关键词】：超声电机 多定子 振动特性 负载特性 转子优化 径向滑移 同步驱动 温度场
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM359.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 超声波电机的定义及发展历史10
• 1.2 超声波电机的分类10-11
• 1.3 超声波电机的特点及应用11-14
• 1.4 选题背景及其意义14-16
• 1.5 本文研究的主要内容16-18
• 第2章 多定子旋转超声电机定子振动特性理论分析及仿真18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 环形行波型超声电机定子18-19
• 2.3 定子振动的有限元理论分析19-20
• 2.3.1 定子振动的理论分析19-20
• 2.4 定子振动有限元仿真分析20-25
• 2.4.1 定子在ANSYS中前处理20-21
• 2.4.2 定子模态分析21-22
• 2.4.3 定子的谐响应分析22-24
• 2.4.4 定子的瞬态分析24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 多定子旋转超声波电机结构设计及其机械性能分析26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 电机的结构及工作原理26-28
• 3.2.1 电机的结构26-27
• 3.2.2 电机工作原理27-28
• 3.3 电机定转子数学建模28-29
• 3.3.1 上下定子的运动方程28-29
• 3.3.2 定子和转子的摩擦接触29
• 3.4 单组定转子机械性能仿真29-34
• 3.4.1 单组定转子结构和有限元模型及其参数30-32
• 3.4.2 定转子有限元仿真模型边界条件的施加32
• 3.4.3 仿真结果与分析32-34
• 3.5 多组定转子联合仿真分析34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第4章 多定子旋转超声电机转子的优化36-50
• 4.1 引言36
• 4.2 基于正交法设计多定子旋转超声电机转子36-45
• 4.2.1 传统柔性转子36-37
• 4.2.2 转子的结构37-38
• 4.2.3 筛选参数的正交设计分析38-40
• 4.2.4 因子互作的正交设计分析40-43
• 4.2.5 转子参数均匀设计43-45
• 4.2.6 仿真分析45
• 4.3 多定子旋转超声电机转子结构的优化设计45-49
• 4.3.1 电机转子的有限元模型45-46
• 4.3.2 转子结构参数灵敏度分析及优化设计参数的选择46-48
• 4.3.3 转子结构的优化设计48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 一种减小超声电机定转子间径向滑移的方法50-57
• 5.1 引言50
• 5.2 定转子间的摩擦接触模型50-51
• 5.3 定转子间径向粘滑分析51-52
• 5.4 减小定子与摩擦层间径向滑移方法的讨论52-53
• 5.5 有限元仿真与分析53-55
• 5.6 本章小结55-57
• 第6章 影响多定子旋转超声电机同步驱动的因数及电机的热分析57-68
• 6.1 引言57
• 6.2 影响多定子超声电机同步驱动的因数分析57-58
• 6.3 对影响多定子超声电机同步驱动因数仿真分析58-60
• 6.3.1 定子间的谐振频率差的影响58-59
• 6.3.2 定子间相位差的影响59-60
• 6.4 多定子超声电机温度场分析60-66
• 6.4.1 行波型超声波电机的热量来源60-61
• 6.4.2 行波型超旋转声波电机热量计算61-63
• 6.4.3 电机表面温度特性仿真研究63-66
• 6.5 本章小结66-68
• 第7章 总结与展望68-70
• 7.1 总结68-69
• 7.2 展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 在学期间发表的学术论文74

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