论文题目: 行波型旋转超声波电机的建模及仿真
论文类型: 硕士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 李君余
导师: 洪尚任
关键词: 超声波电机,压电,行波,旋转型,有限元,数学模型,性能仿真
文献来源: 华侨大学
发表年度: 2005
论文摘要: 超声波电机是一种借助摩擦传递弹性超声波振动以获得动力的驱动机构,是一种全新原理获得驱动力的新型电机。目前,最具代表性的一种超声电机是旋转型行波超声电机,它特别适合于小(微)型化及精密装置的驱动和控制,尤其是在航天、医疗、微机电系统等一些对磁场敏感或有高的定位精度要求的领域中具有广阔的应用前景,可以充分体现出超声电机所特有的而普通电磁电机所不具备的优点。由于初期的研究工作只着重于动力传输的实现,未能顾及到性能的改善,一直到九十年代以后,超声电机的建模、性能预测等理论问题才开始引超关注,但至今尚无系统的论述。为了开发设计出性能好、效率高的超声电机产品,对其进行深入系统的研究是非常必要的。 本文针对旋转型行波超声电机,从影响定子振动结构参数、摩擦界面分析,机电动力学模型等方面对超声电机进行了研究,主要内容可概括如下: 简单地阐述了压电行波超声电机工作原理,压电超声波电机的特点、分类以及常见的电机类型,并系统的归纳了超声波电机的应用现状、研究现状及发展前景。 从超声电机驱动的本质入手,研究了超声波电机的驱动机理,并利用几何分析法分析了定子弹性体中行波的存在条件。 利用有限元软件ANSYS分析了影响定子振动的结构参数,从中得到了一些影响定子工作的参数曲线,为定子的结构设计及优化奠定了基础。 针对行波型超声电机的摩擦界面,研究了摩擦界面的微观驱动机理摩擦特性。基于摩擦界面的质点存在的速度差现象修正了摩擦系数,改善了纯滑动摩擦模型,并建立了摩擦界面的仿真模型,通过仿真分析了摩擦界面的输出特性。 考虑机电耦合效应及定、转子摩擦界面的界面模型,利用拉格朗日—麦克斯韦方程,结合修正的摩擦模型系数,建立了行波型超声电机的机电耦合动力学模型,并根据模型对超声波电机的输出特性进行了仿真。
论文目录:
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 超声电机的应用现状及发展前景
1．2．1 超声电机的应用现状
1．2．2 超声电机的发展前景
1．3 超声电机概述
1．3．1 超声电机的工作原理
1．3．2 超声电机的结构分类
1．3．2．1 驻波型超声电机
1．3．2．2 行波超声电机
1．3．2．3 复合型超声电机
1．3．2．4 步动(微动)超声电机
1．3．2．5 多自由度超声电机
1．3．2．6 非接触型超声电机
1．4 超声电机系统研究综述
1．4．1 理论模型的研究现状
1．4．1．1 振动模型的研究
1．4．1．2 接触模型的研究
1．4．2 超声电机动力系统建模的基本思想
1．4．2．1 超声电机动力系统的构成
1．4．2．2 超声电机动力系统的模块划分
1．4．2．3 超声电机建模方法综述
1．5 本课题的来源，研究目的和主要内容
第二章 行波超声电机的传动机理
2．1 概述
2．2 压电行波超声电机的基本结构
2．3 椭圆运动的分析与讨论
2．3．1 利用弯曲行波合成椭圆运动
2．3．2 利用复合振子合成椭圆运动
2．4 行波超声电机的传动机理
2．4．1 驻波的产生及行波的合成
2．4．2 行波转速与转子转速的区别
2．5 压电行波超声电机定子弹性体中行波的存在条件
2．5．1 圆形薄板振动
2．5．2 圆形薄板中行波存在的条件
2．6 小结
第三章 行波超声电机定子振动有限元分析
3．1 引言
3．2 定子的振动模态
3．3 定子振动模态的选择
3．4 圆环尺寸对圆环固有频率的影响
3．5 定子的有限元模态分析
3．6 齿对定子振动影响的有限元分析
3．6．1 定子齿对固有频率的影响
3．6．2 齿宽与槽宽比对固有频率的影响
3．6．3 定子齿的作用分析
3．6．4 定子齿对振幅的影响
3．7 小结
第四章 定子和转子接触机理研究
4．1 引言
4．2 定/转子接触界面建模
4．2．1 定/转子接触模型
4．2．2 定/转子的接触驱动模型
4．2．3 摩擦模型修正
4．3 定/转子摩擦界面仿真分析
4．3．1 定/转子摩擦界面的仿真模型
4．3．2 定/转子摩擦界面模型的仿真
4．4 实验
4．5 小结
第五章 行波超声电机的数学模型及仿真
5．1 引言
5．2 研究对象的基本描述
5．3 基于拉格朗日-麦克斯韦方程的定子数学模型
5．3．1 机电耦合系统的构成与哈密顿原理
5．3．2 机电动力系统的拉格朗日-麦克斯韦方程
5．3．3 压电层合板的数学模型
5．3．4 基本假设和基本关系的推导
5．3．5 定子的动态方程
5．4 基于拉格朗日-麦克斯韦方程的行波超声电机的数学模
5．4．1 行波超声波电机的摩擦模型
5．4．2 转子的运动方程
5．4．3 压电行波超声波电机系统的数学模型
5．5 仿真结果及分析
5．6 小结
第六章 全文总结
6．1 总结
6．2 展望
参考文献
致谢
发布时间: 2005-07-15
参考文献
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