一种基于压电振动的微型旋转马达研究

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本论文主要研究了一种基于尺蠖的微型旋转压电马达及其动力学模型。基于对尺蠖直线运动原理的分析,提出了L型结构的旋转运动原理,进一步考虑运动稳定性和相对运动原理,发展得到了一种具有Y型不对称定子结构的微型压电马达运动原理,设计并制作了样机;根据对马达运动原理的分析,提出了一些假设,并从不同的角度对马达的输出特性进行了预测和分析;针对不同的原理样机搭建了相应的实验平台,设计了不同的测试方案,并结合实验数据和预测结果对马达的运动原理进行了分析,验证了所提出的假设;根据微型压电马达摩擦力驱动的特点,通过分析不同类型压电马达的结构特点,总结得到了两种典型的摩擦驱动结构,并针对其中一种结构建立了完整的摩擦接触模型,并结合马达的系统动力学方程提出了该摩擦驱动结构的非光滑动力学模型,通过仿真获得了摩擦驱动结构的不同稳态运动方式,分析了摩擦驱动结构的结构参数和系统输入参数对稳态运动的影响,并由此提出了一些针对马达结构设计的建议。论文的主要工作及结论包括:1、微型压电马达的运动原理和结构设计。基于生物界尺蠖的直线运动原理,通过机械模拟的方式,借助于微型压电致动器,提出了L型结构的旋转运动原理。根据几何稳定性分析和相对运动原理,发展得到了具有Y型不对称结构定子的微型压电马达旋转运动原理;根据微型压电马达的运动原理和定子的不对称结构,详细设计了马达的机械结构;结合微型压电马达主要依靠摩擦力驱动的特点,考虑结构的摩擦和磨损特性,设计选择了Y型定子和环形转子的制作材料和它们之间的机械配合方式,并制作了不同尺寸的样机。2、微型压电马达的初步运动分析和实验。通过对微型压电马达运动原理的分析,提出了一系列的假设,并从不同的角度分析,利用有限元分析和理论分析等方法,得到了对马达的输出转速特性进行了分析和预测;针对两种尺寸不同的样机设计了相应的实验平台和测试方法,分别测量了样机的动力学输出特性;结合实验结果和预测数据对马达的运动原理进行了分析,验证了所提出的假设。3、摩擦驱动结构的动力学模型及其分析。根据各种不同类型的驻波型压电马达工作原理,结合其结构的相似点,提出了压电马达中存在的两种典型的摩擦驱动结构,着重考虑该结构中涉及碰撞和摩擦的单边接触,建立并分析了它的动力学模型;采用事件驱动方式的仿真方法对其动力学模型进行了仿真,得到了摩擦驱动结构的六种不同的稳态运动方式,并分析了结构参数和系统参数对摩擦驱动结构稳态运动的影响,进而对压电马达的结构设计提出了一些建议。
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