摇头型双输出轴旋转超声电机的研究

摘要

本课题在国家重点基础研究发展计划（973）资助（编号：2015CB057501）,国家自然科学基金项目资助（编号：51575259）和机械结构力学及控制国家重点实验室（南京航空航天大学）自主研究课题资助（编号：0315K01）。
　　随着科技的发展和战争形态的改变，对制导弹药提出了高性能和低成本的要求，因此寻求全新的气动构型和驱动方式及其集成技术是当前研究的热点。本文面向某重大需求，针对高精度可制导弹药的低成本需求，结合压电作动器所具有的结构简单、响应快、位移分辨率高、易于小型化和直接驱动的特点，提出了一种基于夹心式摇头型超声电机，采用杆的摇头运动来诱发圆环行波，产生所需要的椭圆轨迹。该对称性定子具有一定程度耐冲击和耐高旋的特性，符合其将在特殊工况下工作的要求。开展了定子的结构动力学分析和设计，最后试制了原理样机并开展了集成控制试验。主要内容如下：
　　1.阐述了国内外摇头型电机及制导弹药的研究现状，指出制导弹药对电机性能的特殊要求，主要是耐冲击和耐高旋。
　　2.提出了一种利用摇头式杆来驱动圆环定子的新型微小超声电机，开展了电机运动机理分析，推导了摇头杆的运动学方程进而其驱动定子环结构诱发行波的可行性，确实有放大驱动柱振幅的作用。
　　3.建立了摇头式杆驱动圆环的有限元模型，开展了结构动力学分析，对其工作模态进行了设计，得到了一种双输出轴摇头型超声电机的初步方案，设计了专门的夹持方式，采用双转子输出、柔性支架固定定子以及外螺母施加预压力。
　　4.根据结构动力学设计方案，制作出原理样机，分别进行了模态实验和机械特性实验。当激励电压的峰峰值和激励频率分别为250Vpp和27000Hz，最大空载转速和最大输出扭矩分别为65r/min和0.07N?m。
　　5.基于上述原理样机和参照选定的制导弹药布局，本文设计了一种鸭式布局的集成执行机构，对未来紧凑、高效的舵机设计提供了参考。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 超声电机的概述

1.2 摇头型超声电机的概述

1.3 国内外制导弹药的研究现状

1.4 制导弹药的性能要求

1.5 课题主要研究内容

第二章 电机构造与原理分析

2.1 电机结构和工作原理

2.2 定子的运动分析

2.3 压电陶瓷的选用

2.4 本章小节

第三章 电机的设计要求及初步方案

3.1 设计的基本要求

3.2 电机结构设计的关键点

3.3 电机的初步方案

3.4 本章小结

第四章 电机实验研究

4.1 定子的模态实验

4.2 电机输出性能实验

4.3 本章小节

第五章 摇头型双输出轴旋转超声电机的应用研究

5.1 制导弹药布局概述

5.2 弹道修正原理

5.3 执行机构的设计

5.4 电机的结构改进

5.5 本章小节

第六章 全文总结

6.1 本文工作总结

6.2 下一步工作计划

参考文献

致谢

在学校期间的研究成果及发表的学术论文