圓柱定子三自由度超聲波電機(jī)的動力學(xué)分析與設(shè)計.pdf

1、超聲波電機(jī)是利用壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過定轉(zhuǎn)子間的摩擦耦合等方式來驅(qū)動的新型電機(jī)。相比較于傳統(tǒng)的電磁電機(jī)，超聲波電機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩、響應(yīng)速度快、無輸入自鎖、結(jié)構(gòu)簡單、噪音小、不受電磁場干擾等優(yōu)點，在工業(yè)控制系統(tǒng)、汽車、機(jī)器人、航空航天等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。 作為一種新型的電機(jī)，超聲波電機(jī)的設(shè)計方法、理論模型等方面的研究還不成熟，需要不斷的完善。本文主要是在前人工作的基礎(chǔ)上，對圓柱定子三自由度超聲波電機(jī)的動力

2、學(xué)性能進(jìn)行分析，研究該種電機(jī)的設(shè)計和優(yōu)化方法。 本文的主要工作和成果如下： 首先，概述了超聲波電機(jī)的特點、發(fā)展、應(yīng)用及其分類。簡要介紹了多自由度球形超聲波電機(jī)的發(fā)展史和目前的研究狀況，指出了三自由度電機(jī)研究的難點。以研究小組研制的圓柱定子三自由度超聲波電機(jī)為例，用解析法分析了圓柱定子的固有縱向振動和彎曲振動。 其次，系統(tǒng)地論述了圓柱定子三自由度超聲波電機(jī)受兩相激勵時繞三個旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)行的機(jī)理和相應(yīng)的運(yùn)動軌跡?？紤]彎振

3、引起的縱向振動，應(yīng)用幾何原理和振動理論推導(dǎo)出了圓柱定子三自由度超聲波電機(jī)三相同時激勵時的運(yùn)動軌跡方程。以該軌跡方程為基礎(chǔ)，仿真出同頻率、不同相位差、不同電壓激勵時不同位置的運(yùn)動軌跡，并分析了這三個影響因素對定子表面一點軌跡的影響，為三自由度超聲波電機(jī)的軌跡控制和姿態(tài)控制奠定了理論基礎(chǔ)。 在上述工作的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的總結(jié)了圓柱定子三自由度超聲波電機(jī)的設(shè)計要點，并以此為依據(jù)詳細(xì)地敘述了如何用實驗、有限元計算和理論分析相結(jié)合的方法進(jìn)行電