高转速非接触式超声电机及其在陀螺仪中的应用

发布时间：2017-07-05 00:05

  本文关键词：高转速非接触式超声电机及其在陀螺仪中的应用

  更多相关文章： 近声场 陀螺 声辐射压 非接触支承 结构动力学 定轴性检测

【摘要】：本课题来源于国家自然科学基金(No.11174149)。由于近场超声悬浮的特殊性,其在非接触传输和高速驱动方面有着诱人的应用前景。本文针对机械转子式陀螺仪对支承系统的特定要求,开展了近声场悬浮式压电作动器及其在陀螺仪中的创新应用研究,尝试利用超声振动的近场作用机理来实现非接触式支承,与驱动,具有干扰力矩小、对悬浮体没有电磁学性质上的特殊要的优点。论文进行了新型非接触式压电作动器的动力学设计和试验研究,进行了样机悬浮能力和驱动特性方面的试验。并验证了超声悬浮陀螺仪的定轴性能。在尝试将压电精密驱动技术、声学技术与惯性技术的相关领域进行交叉方面做出了有益的探索。主要研究内容如下:1.针对当前陀螺仪的发展现状和现有液浮陀螺仪的结构方案,提出了基于近声场作用机理的浮子陀螺仪的定义,分析了近场超声悬浮的物理本质和动力学机理。给出了超声悬浮式陀螺仪的基本结构。2.基于超声压电非接触作动器的一般工作原理,设计了一种全新驱动方式的超声非接触陀螺仪结构,对其定子进行了动力学分析,加工制造了样机,进行了模态实验和样机的悬浮能力及转速实验。3.基于多自由度电机工作原理,设计制作了一种摇头式超声非接触陀螺仪,同样对其进行了从结构设计、有限元仿真、样机模态实验以及转速悬浮能力测试一系列工作。4.设计了一种球转子式超声悬浮陀螺仪定轴性的检测方法,参照传统液浮陀螺仪和静电悬浮陀螺仪的陀螺效应检测方式,提出了球转子刻线的信号分析方案。提出了偏转角的计算方法,对已有的一种球转子型超声非接触陀螺仪的定轴性进行了检测。
【关键词】：近声场 陀螺 声辐射压 非接触支承 结构动力学 定轴性检测
【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】：TM359.9;TN966
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 机械转子陀螺仪的支承及驱动方式11-13
• 1.2 近声场机理及其在非接触式超声电机中的应用13-16
• 1.2.1 近声场机理13-14
• 1.2.2 非接触式压电作动器及其发展14-16
• 1.3 课题研究的目的、意义和内容安排16-18
• 第二章 超声悬浮陀螺仪的工作机理与声辐射压分析18-26
• 2.1 超声悬浮陀螺仪的运动机理18
• 2.2 压电陶瓷的压电效应及其压电方程18-24
• 2.2.1 压电效应和压电陶瓷18-20
• 2.2.2 压电陶瓷的振动模式及其压电方程20-23
• 2.2.3 压电层合板的机电能量转换机理23-24
• 2.3 结构振动诱发声场和声辐射力的机理24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 超声悬浮陀螺仪的设计和分析26-52
• 3.1 圆盘定子式超声非接触陀螺仪26-39
• 3.1.1 圆盘定子式超声非接触陀螺仪结构设计27-28
• 3.1.2 圆盘定子压电陶瓷的极化及定子行波的产生机理28-30
• 3.1.3 定子的振动特性30-32
• 3.1.4 定子模态试验32-35
• 3.1.5 圆盘定子式超声非接触陀螺仪悬浮实验35-37
• 3.1.6 圆盘定子式超声非接触陀螺仪转速实验37-39
• 3.2 摇头式超声非接触陀螺仪39-51
• 3.2.1 摇头式超声非接触陀螺仪结构设计39-40
• 3.2.2 定子压电陶瓷的极化及驱动原理40-46
• 3.2.3 定子的振动特性46-47
• 3.2.4 定子模态实验47-50
• 3.2.5 摇头式超声非接触陀螺仪悬浮和驱动实验50-51
• 3.3 本章小结51-52
• 第四章球转子式超声悬浮陀螺仪检测系统52-62
• 4.1 检测系统组成及工作原理52-55
• 4.1.1 检测系统工作方式52-53
• 4.1.2 检测系统结构设计53-55
• 4.2 信号检测工作原理55-57
• 4.3 实验及结果分析57-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 全文总结62-64
• 5.1 本文的主要贡献62
• 5.2 本文的创新点62-63
• 5.3 下一步研究方向63-64
• 参考文献64-66
• 致谢66-67
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文67

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本文编号：519790