论文部分内容阅读
新型精微驱动超声电机（UltrasonicMotor，简称USM），作为一种典型的振动利用工程产品，其研究及应用到20世纪80年代得以迅速发展。USM的研究和试制涉及机械振动和波动、摩擦学、材料学、机械设计、电力电子学、自动控制和超精加工等众多学科，以及它们的相互交叉和相互融合。在超声电机的构成元件中，担负产生超声振动的驱动元件——压电振子，其动力学特性对超声电机的整体性能起决定作用，因此对于压电振子的研究成为决定超声电机整体性能的关键。 本文借鉴以往超声电机的研究，对压电振子动力学特性展开进一步的探究：借助有限元分析软件ANSYS提取相关仿真结果，结合理论分析压电振子的动力学特性相关参数的变化规律，并由瞬态分析来确定振子表面质点预定轨迹的实现状况，然后进行复合压电振子的参数优化设计，最终达到提升超声电机性能和效率的目的。本文主要完成了以下工作： （1）压电振子机电耦合转换过程及有限元分析，建立超声电机复合压电振子机电耦合能量传递的瞬态动力学模型，研究复合振子的各模态参数之间的关系并实现基于ANSYS仿真结果的参数提取。 （2）复合压电振子参数分析，如尺寸，材质参数对动力特性的影响。通过ANSYS分析，提取相应的幅频特性、负载特性等动力学指标，并结合相关理论进行分析。 （3）利用ANSYS瞬态分析模拟振子预定轨迹的实现状况。压电振子激振后由逆压电效应使得电能转换为振动能，而振动能的有效输出成为决定振子性能的关键因素。以往稳态研究可采用状态法、能量法研究最终动力状态，而本文将实现基于ANSYS瞬态分析的全过程仿真。 （4）借助ANSYS的优化设计功能实现对压电振子的优化设计。该优化设计不再用于单一目标优化，而是根据性能指标实现振幅与频率匹配、不同相频率简并的多目标综合优化。