旋转超声电机定子超谐共振分析与非线性动力学实验

摘要

超声电机(USM，Ultrasonic Motor)是一种新型的微型电机，它利用压电陶瓷的逆压电效应使定子产生超声振动，通过摩擦力来驱动转子运动。由于USM在多个环节存在着非线性因素，对其性能产生严重影响，所以研究超声电机的非线性特性具有重要意义。
　　 本文首先对考虑压电材料非线性本构关系的旋转行波超声电机定子驻波振动的非线性动力学模型运用多尺度法进行了超谐共振分析。接着运用多尺度法对考虑压电材料弹性迟滞非线性的模型进行了超谐共振分析。设计了压电悬臂梁模型，并搭建了研究超声电机的非线性特性的实验台，开展电机的非线性动力学实验，分析其中存在的非线性现象。主要工作和结论如下：
　　 介绍了超声电机的特点、研究背景，概述了超声电机的非线性现象以及非线性动力学实验研究进展。
　　 在建立旋转行波超声电机圆环定子驻波振动的非线性动力学模型基础上运用多尺度法对定子驻波振动进行了超谐共振分析。
　　 设计并制作了压电悬臂梁模型，使用SAMCEF计算其振动模态及谐振频率。运用搭建的实验台对模型进行动力学实验。
　　 通过分析处理实验结果揭示其中的非线性现象，并且运用非线性理论进行分析解释原因，与理论得出的非线性现象进行比较。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1超声电机的原理与发展历史

1.1.2超声电机的分类与特点

1.2超声电机定子非线性研究

1.3非线性动力学实验

1.4定子次共振分析

1.5论文的目的和主要内容

1.6论文的工作安排

第二章定子驻波振动超谐共振分析

2.1引言

2.2定子驻波振动模型的次共振分析

2.2.1旋转行波超声电机定子驻波振动方程

2.2.2二倍超谐共振的近似解

2.3带弹性迟滞非线性模型的三倍超谐分析

2.3.1考虑弹性迟滞非线性时定子驻波方程

2.3.2定子驻波三倍超谐响应

2.4本章小结

第三章压电悬臂梁模型的设计与制作

3.1超声电机的运行机理

3.1.1压电梁振动的形成

3.1.2压电效应以及压电振子

3.2压电陶瓷

3.3压电悬臂梁的设计与制作

3.3.1悬臂梁的相关参数设定

3.3.2 SAMCEF有限元分析

3.3.3压电悬臂梁的设计

3.3.4压电悬臂梁的制作

3.4本章小结

第四章非线性动力学实验研究

4.1实验系统的构成

4.2电悬臂梁的实验研究

4.2.1实验一：驱动器的非线性分析

4.2.2实验二：压电悬臂梁的非线性分析

4.2.3实验三：压电悬臂梁的谐振频率分析

4.3实验结果分析

4.3.1电压-频率的非线性特性

4.3.2应变-电压的关系

4.4实验存在的问题

4.5本章小结

第五章全文总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢