旋转型行波超声电机转子准零刚度动力学分析及设计

发布时间：2020-08-07 19:43

【摘要】：圆盘型旋转行波超声电机具有结构紧凑、响应快、低速大扭矩等优点,将超声电机用在制导弹药驱动系统有着较好的应用前景。制导炮弹在发射时的内弹道阶段将产生巨大的高冲击过载,执行机构的承载能力将决定制导系统是否正常运行。本文针对炮弹发射时内弹道产生高过载和长时间存储要求等工作环境,提出了一种受到外部环境扰动保持预压力恒定的超声电机准零刚度碟簧转子。论文从高冲击下超声电机的力传递模型和易损部件分析、考虑预压力系统刚度的超声电机动力学模型、具备准零刚度的碟簧转子的参数优化设计、样机试制和系统实验等方面展开了研究。具体研究内容概括如下:1.介绍炮射导弹的工作原理及使用环境、国内外研究现状,说明舵机目前所采取的控制方式,提出压电舵机控制方式和优点,并介绍超声电机的工作原理、优势及存在的难点,最后指出本文的研究目标及主要内容。2.针对制导炮弹高冲击环境的应用背景,结合圆盘超声电机的构造机理,分析冲击环境下超声电机各部件力传递特点,并对受到冲击后易损部件进行有限元分析及马歇特锤击实验分析。3.建立考虑施加预压力系统结构刚度的超声电机转子模型,阐释了超声电机在非恒定预压力作用下的驱动机理,指出转子沿轴向的振动将影响电机输出性能,从理论上验证存在准零刚度的预压力施加机构将有效改善速度特性。4.提出一种保持预压力恒定的准零刚度碟簧转子构型,采用开槽的拓扑形式取得理想的预压力系统刚度,建立选定构型的参数化有限元模型,通过灵敏度分析选取主要设计变量并建立优化函数,对该碟簧转子进行参数优化设计,优化结果确保了该碟簧转子具备良好的刚度特性和强度。5.根据优化结果试制样机,针对加工好的碟簧转子进行质量比较分析、刚度试验分析,并搭建实验平台对装配有碟簧转子的超声电机进行输出特性分析。优化后的转子较柔性转子质量下降11%(有利于抗过载)、准零刚度区域长度达到0.6mm、在冲击环境下满足材料强度要求,实验验证该碟簧转子超声电机性能良好。
【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】：2019
【分类号】：TJ413.6
【图文】：

炮射导弹,俄罗斯

1.1 炮射导弹国内外研究现状炮射导弹作为一类快速发展的制导武器，装备于坦克、装甲车辆或舰船发射平台，用于敌方的固定或移动装甲目标，利用火炮和火箭发射平台，提高炮弹射程和命中精度，增强弹的发射威力。炮射导弹将现代火炮武器步入了一个有控时代，通过配装精确制导系统和器识别系统控制炮弹飞行轨迹提高命中精度，加大击毁率。国内外都在加大科研力量投入导弹的研制[1]，美国于 1958 年研制出 MGM-51A 型红外指令引导的橡树棍炮射导弹，射程 3km,可用于坦克 152mm 火炮发射平台。20 世纪 80 年代，苏联研制出基于无线电指令引眼镜蛇到基于激光驾束引导的棱堡、谢克斯纳、芦笛等各型炮射导弹，射程提高至 5km。纪 90 年代，以色列研制出基于激光半主制导的松哈特炮射导弹，对于远距离目标精确打击较强。俄罗斯在研制炮射导弹领域已处于领先地位，研制出多种口径、射程从 1km-10km的炮射导弹，如图 1.1 俄罗斯 3UBK14 式 125mm 炮射导弹。我国也在该领域取得长足进步 20 世纪 90 年代末开始，我国已研发多款专供坦克专用的炮射导弹，105mm 炮射导弹尤为，其采用激光驾束引导技术，射程可达 5km 左右，命中率可达到 90%，如图 1.2 中国 105激光导引炮射导弹。

炮射导弹,激光导引

压电材料,弹性柔顺常数,压电作动器,PZT元件

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