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双变幅杆V形直线超声电机研究

作　者: 杨东
导　师: 姚志远
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 直线超声电机声波有限元方法结构振动压电陶瓷片响应面法
分类号: TM359.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 59次
引　用: 7次
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内容摘要

本课题来源于国家自然科学基金项目(50745039)与江苏省自然科学基金项目(BK2008384)。直线超声电机作为超声电机的一个分类,近年来发展十分迅速,在微小型精密驱动系统中有代替电磁型直线电机之势。目前出现的多种结构形式的直线电机普遍存在输出力小、速度低等特点。针对这一问题,本文提出了一种高速、大推力的直线超声电机定子结构。概括起来,主要的研究内容和成果综述如下:总结了国内外直线超声电机的发展历程,各种直线超声电机的特点,针对目前直线超声电机存在的主要问题,确定本课题的研究内容。用声学理论释超声电机的能量传输机理。为便于振动能量的传输,必须合理设计变幅杆,本文讨论了三种不同几何形状变幅杆的能量传输能力。在以上理论的指导下,设计了双变幅杆V形直线电机的定子结构形式,并确定了其电激励方式。提出了杆式直线电机定子的结构设计原则及方法,在此原则的指导下,设计了定子结构,提出了一种电机定子的夹持方式,并在实验的基础上对该结构进行了改进,解决了定子夹持难的问题。设计了双变幅杆V形直线超声电机的原理样机。对所研制样机进行了定子模态实验,得到了定子的装配方式以及电机的工作频率。测试了电机的机械输出特性。应用响应面法对定子进行了优化设计。并将优化结构与前面设计的电机定子结构通过有限元进行了比较,证明了该优化方法的有效性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-20
  1.1 超声电机概述  12-13
  1.2 直线超声电机发展历程及分类  13-17
    1.2.1 直线超声电机特点  13
    1.2.2 直线超声电机发展历程  13-17
    1.2.3 直线超声电机分类  17
  1.3 直线超声电机目前存在的问题  17-18
  1.4 课题意义及研究内容  18-20
第二章电机结构设计与运行机理分析  20-36
  2.1 超声换能器理论  20-21
  2.2 超声振动能量在杆中的传播  21-24
    2.2.1 超声波在突变截面杆中的传播  21-23
    2.2.2 超声波在介质分界面处的传播  23
    2.2.3 杆结构中超声振动能量传输的机理  23-24
  2.3 变幅杆设计  24-28
    2.3.1 抛物形轮廓线  25-26
    2.3.2 指数形轮廓线  26
    2.3.3 双曲形轮廓线  26-28
  2.4 电机定子结构设计方案的选择  28-31
    2.4.1 一纵二弯型直线超声电机  28-29
    2.4.2 双变幅杆 V 形直线超声电机  29-31
  2.5 双变幅杆 V 形直线超声电机电激励方式选择  31-34
  2.6 电机运动机理分析  34-35
  2.7 本章小结  35-36
第三章电机结构设计及仿真  36-52
  3.1 压电陶瓷元件选型与设计  36-41
    3.1.1 压电效应及其参数  36-38
    3.1.2 压电陶瓷材料选用  38-40
    3.1.3 压电陶瓷片设计  40-41
  3.2 电机定子结构设计  41-49
    3.2.1 定子结构设计原则及方法  41-42
    3.2.2 定子有限元仿真设计  42-46
    3.2.3 夹持件设计  46-47
    3.2.4 柔性铰链的作用  47-49
  3.3 电机整体结构设计  49-51
  3.4 本章小结  51-52
第四章电机实验研究  52-60
  4.1 定子模态实验  52-55
    4.1.1 模态实验测试系统  52-53
    4.1.2 模态实验  53-55
  4.2 电机机械输出特性实验  55-59
  4.3 本章小节  59-60
第五章基于响应面的定子优化设计  60-68
  5.1 响应面法  60-63
    5.1.1 响应面简介  60-61
    5.1.2 响应面构造方法  61-63
  5.2 定子优化设计  63-67
    5.2.1 优化目标的确立  63-64
    5.2.2 响应面构造  64-67
  5.3 本章小结  67-68
第六章总结与展望  68-70
  6.1 本文的主要贡献  68-69
  6.2 进一步研究预想  69-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
在学期间的研究成果及发表的学术论文  75

双变幅杆V形直线超声电机研究

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