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      文章標(biāo)題:柱狀彎曲旋轉(zhuǎn)超聲波電動(dòng)機(jī)定子振動(dòng)特性
    回復(fù)文章
    作者:ilovewhat  發(fā)表時(shí)間:2010-1-27 16:03:46
                                                                     柱狀彎曲旋轉(zhuǎn)超聲波電動(dòng)機(jī)定子振動(dòng)特性
     
        摘要:超聲波電動(dòng)機(jī)定子共振頻率的確定是電機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。隨著定子徑長(zhǎng)比的增大,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與剪切變形對(duì)共振頻率的影啊應(yīng)加以考慮。通過(guò)分析目由一自由鐵摩辛柯梁的彎曲振動(dòng),完善了考慮動(dòng)慣量與剪切變形時(shí)用于兆振頻率計(jì)算的解析公式,利用有限元方法,分別對(duì)長(zhǎng)25mm、50mm、100mm,內(nèi)外徑比為O j的45號(hào)鋼等截面梁,進(jìn)行r仿真與數(shù)值計(jì)算。結(jié)果表明,在徑長(zhǎng)比小于1時(shí),兩者結(jié)果基本致。最后,通連對(duì)已有樣機(jī)的實(shí)例驗(yàn)證,比較了仿真、數(shù)值計(jì)算以及實(shí)測(cè)三種研究方法的研究結(jié)果。比較結(jié)果表明,三者所得共振頻率值吻合情況較好。
        關(guān)鍵詞:超聲波電動(dòng)機(jī);彎曲振動(dòng);解析公式
    O引言
        彎曲旋轉(zhuǎn)超聲波電動(dòng)機(jī)是超聲波電動(dòng)機(jī)中的一種,它是利用柱體定子在受到與其彎振吲有叛率相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)作用下,沿定子軸向產(chǎn)生兩路正交的彎曲駐波振動(dòng),進(jìn)而在定子端面合成一行
    波振動(dòng),由此行波實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)lJ J,最終達(dá)到機(jī)械能輸出的目的。目前此類(lèi)超聲波電動(dòng)機(jī)已在照相機(jī)、精密微動(dòng)臺(tái)等驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中得到了成功應(yīng)用12。
        隨著微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展,對(duì)超聲驅(qū)動(dòng)器提出了微型化要求,使得超聲波電動(dòng)機(jī)定子在保持鍰型徑向尺寸的同時(shí),定子長(zhǎng)度在進(jìn)一步縮短。J,導(dǎo)致定子外徑與長(zhǎng)度的比值增大。隨著定子徑長(zhǎng)比的增大,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與剪切變形對(duì)其共振頻率的影響將不能忽略,而超聲定子振動(dòng)頻率的確定不但是定子振動(dòng)特性研究也是電機(jī)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。由此,若采用基于細(xì)長(zhǎng)梁假設(shè)的自莊一自由彎曲振動(dòng)共振頻率解析公式口J,計(jì)算結(jié)果將產(chǎn)生一定誤差。文獻(xiàn)[9]與文獻(xiàn)[10]考慮了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與剪切變形的影響,擴(kuò)寬了公式適用的徑長(zhǎng)比范圍,但在求解共振頻率解析公式時(shí),亦用到了細(xì)長(zhǎng)梁的假設(shè)條件,因此在用于頻率計(jì)算時(shí),適用范圍仍然受到一定的限制。
        本文在考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與剪切變形影響的基礎(chǔ)t,對(duì)目由一自由等截面鐵摩辛柯梁的彎曲振動(dòng).進(jìn)行了理論分析,推導(dǎo)出適用于大徑長(zhǎng)比范圍(0式,完善了相關(guān)理論。通過(guò)ANsYs仿真及實(shí)例驗(yàn)證,仿真與實(shí)例驗(yàn)證結(jié)果證明了解析公式的正確性。
    1理論研究
    1 1解析公式的推導(dǎo)
        隨著超聲波電動(dòng)機(jī)定子徑長(zhǎng)比的增大,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與剪切變形對(duì)其共振頻率的影Ⅱ『司將不能忽略?紤]轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與剪切變形時(shí),均質(zhì)等截面梁的振動(dòng)微分方程可表示為【11】

    (1)


    式中:E一材料彈性模量(GPa):G  材料切變模量(GPa);p一材料密度(kg/m3);I  梁對(duì)中心軸的慣性矩(m4);A一彎曲梁的截面積(m。):k,  與梁截面形狀有關(guān)的常數(shù),矩形截
    面時(shí)k—O.833,圓形截面時(shí)k,=0.901。自由一自由梁的彎曲振動(dòng)方程:


           
    A1與振動(dòng)幅值有關(guān)的系數(shù)W一彎曲振動(dòng)共振角頻率(rad/s);竹一激振信號(hào)與振動(dòng)啊應(yīng)間相位差(rad)。
      將(2)微分后代入(1)式得:


           同理可表述為,式中各參數(shù)含義同前所述。
        由式(6)分析得,當(dāng)梁的徑長(zhǎng)比較小,即為細(xì)長(zhǎng)梁時(shí),修正系數(shù)日,趨近于1,無(wú)需修正;當(dāng)梁的徑長(zhǎng)比較大時(shí),修正系數(shù)O<Ⅳ,<1,需要考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與剪切變形對(duì)固有頻率的影響,應(yīng)
    當(dāng)對(duì)不考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與剪切變形時(shí)的固有頻率進(jìn)行修正。
    1 2不同解析公式的比較
        (I)(II)(III)分別為已發(fā)表論文和本文用于自由.自由彎曲振動(dòng)梁共振頻率計(jì)算的解析公式。

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