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          文章標(biāo)題:柱狀彎曲旋轉(zhuǎn)超聲波電動機(jī)定子振動特性
        回復(fù)文章
        作者:ilovewhat  發(fā)表時間:2010-1-27 16:03:46
                                                                         柱狀彎曲旋轉(zhuǎn)超聲波電動機(jī)定子振動特性
         
            摘要:超聲波電動機(jī)定子共振頻率的確定是電機(jī)設(shè)計的關(guān)鍵問題之一。隨著定子徑長比的增大,轉(zhuǎn)動慣量與剪切變形對共振頻率的影啊應(yīng)加以考慮。通過分析目由一自由鐵摩辛柯梁的彎曲振動,完善了考慮動慣量與剪切變形時用于兆振頻率計算的解析公式,利用有限元方法,分別對長25mm、50mm、100mm,內(nèi)外徑比為O j的45號鋼等截面梁,進(jìn)行r仿真與數(shù)值計算。結(jié)果表明,在徑長比小于1時,兩者結(jié)果基本致。最后,通連對已有樣機(jī)的實(shí)例驗(yàn)證,比較了仿真、數(shù)值計算以及實(shí)測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:超聲波電動機(jī);彎曲振動;解析公式
        O引言
            彎曲旋轉(zhuǎn)超聲波電動機(jī)是超聲波電動機(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應(yīng)的電信號作用下,沿定子軸向產(chǎn)生兩路正交的彎曲駐波振動,進(jìn)而在定子端面合成一行
        波振動,由此行波實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的驅(qū)動lJ J,最終達(dá)到機(jī)械能輸出的目的。目前此類超聲波電動機(jī)已在照相機(jī)、精密微動臺等驅(qū)動系統(tǒng)中得到了成功應(yīng)用12。
            隨著微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展,對超聲驅(qū)動器提出了微型化要求,使得超聲波電動機(jī)定子在保持鍰型徑向尺寸的同時,定子長度在進(jìn)一步縮短。J,導(dǎo)致定子外徑與長度的比值增大。隨著定子徑長比的增大,轉(zhuǎn)動慣量與剪切變形對其共振頻率的影響將不能忽略,而超聲定子振動頻率的確定不但是定子振動特性研究也是電機(jī)設(shè)計中的關(guān)鍵問題之一。由此,若采用基于細(xì)長梁假設(shè)的自莊一自由彎曲振動共振頻率解析公式口J,計算結(jié)果將產(chǎn)生一定誤差。文獻(xiàn)[9]與文獻(xiàn)[10]考慮了轉(zhuǎn)動慣量與剪切變形的影響,擴(kuò)寬了公式適用的徑長比范圍,但在求解共振頻率解析公式時,亦用到了細(xì)長梁的假設(shè)條件,因此在用于頻率計算時,適用范圍仍然受到一定的限制。
            本文在考慮轉(zhuǎn)動慣量與剪切變形影響的基礎(chǔ)t,對目由一自由等截面鐵摩辛柯梁的彎曲振動.進(jìn)行了理論分析,推導(dǎo)出適用于大徑長比范圍(0式,完善了相關(guān)理論。通過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)
            隨著超聲波電動機(jī)定子徑長比的增大,轉(zhuǎn)動慣量與剪切變形對其共振頻率的影Ⅱ『司將不能忽略?紤]轉(zhuǎn)動慣量與剪切變形時,均質(zhì)等截面梁的振動微分方程可表示為【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k—O.833,圓形截面時k,=0.901。自由一自由梁的彎曲振動方程:


               
        A1與振動幅值有關(guān)的系數(shù)W一彎曲振動共振角頻率(rad/s);竹一激振信號與振動啊應(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)梁的徑長比較小,即為細(xì)長梁時,修正系數(shù)日,趨近于1,無需修正;當(dāng)梁的徑長比較大時,修正系數(shù)O<Ⅳ,<1,需要考慮轉(zhuǎn)動慣量與剪切變形對固有頻率的影響,應(yīng)
        當(dāng)對不考慮轉(zhuǎn)動慣量與剪切變形時的固有頻率進(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.自由彎曲振動梁共振頻率計算的解析公式。

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