超声波电动舵机的高过载特性研究

发布时间：2020-11-08 17:17

　　 针对炮射制导兵器在发射过程中受到的巨大加速度冲击载荷环境,为保证弹体结构在飞行过程中的正常工作,研究设计了抗高过载超声波电动舵机。本文研究了弹体在膛内的复杂受力情况,对各受力情况进行了比较分析,得到了对弹体结构影响最大的冲击载荷-轴向加速度载荷。并基于轴向冲击的力学环境,研究设计了超声波电动舵机,研究分析了高过载对该舵机机构及性能的影响机理和规律。首先,结合超声波电动舵机的结构组成和工作方式,建立了高过载下该舵机的有限元模型,利用有限元分析方法模拟其在强冲击环境中的暂态过程,分析电动舵机的定、转子及压电陶瓷等结构件的力学响应特性,并进一步分析评估了的耐过载特性;其次,设计了高过载实验工装,进行了评估验证超声波舵机结构的耐过载能力的冲击实验,实验结果与模拟仿真分析结果相符合;最后综合理论和实验结果,评定了高过载环境下超声波舵机结构的耐过载特性与易损薄弱环节。理论与实验结果表明,本课题所设计的抗高过载超声波舵机能够较好地适应高过载环境,在承受1.5万个g的冲击过载后输出特性依然稳定,抗高过载设计行之有效。本文研究成果为高过载超声波舵机结构的研究和应用提供了理论和数据依据,为进一步开展该领域的研究工作提供了一定的借鉴意义。
【学位单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TJ410.3
【部分图文】：

中北大学学位论文10图2.2 炮弹内弹道运动图火炸药气体压力：发射药点燃后在内弹道形成的气体压力。受惯性力作用，炮弹在膛内做加速运动，其整体及零部件均受到沿炮膛方向的轴向惯性力，旋转时也产生径向及切向惯性力。在理论计算阶段，只考虑轴向和径向惯性力。装填物压力：是指在发射阶段，内膛内的发动机装药与火炸药会受到径向与轴向惯性力作用而产生膨胀，从而产生对弹丸壳体的压力。弹带压力：在弹带镶进膛线的时候，会对内膛产生作用力，根据反作用力原理，弹带也会受到来自内膛的作用力。摩擦力：在弹带镶入内膛膛线时，弹丸倒转侧面及外圆柱面会与炮膛接触产生摩擦。由于弹丸的不均匀性会导致弹带偏向某一方向，从而引起摩擦。上述受力载荷对发射强度影响明显

根据超声波电机的设计要求，初步确定行波型旋转超声波电机定子的结构示意图，如图 3.1 所示。图3.1 定子结构示意图超声波电机的定子由压电陶瓷和铜合金粘贴而成的。定子为环形结构，利用螺钉将

（4）定子结构参数的变化会改变定子的工作模态，可能会导致与邻近振动模态的混叠。图3.2 行波型旋转超声波电机定子局部示意图由于环形行波型超声波电机的定子在结构上较为复杂，难以通过解析法建立理论模型，且简化后的计算结果准确性难以保证。然而，利用有限元法，模拟电机的定、转子的振动与接触情况，建立电机结构与性能的联系，可以优化电机的结构，并得到较为精确的结果。3.2.1 定子有限元分析模型在超声波电机中，采用铜作为定子材料，铝作为转子材料，所使用的材料参数见表3.1。
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本文编号：2875086