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      行波超聲波電動機性能分析及其優化設計

      時間:2021-01-29 14:16 點擊次數:
         

      1原理演示仿真軟件重要功能模塊該局部的重要作用是以動畫的方法形象地演示超聲波電念頭的工作原理。重要有定子內的行波演示、定子齒名義質點的橢圓活動軌跡產生原理演示以及超聲波電念頭的驅動跟能源輸出機理演示,以便對超聲波電念頭的工作原理有一個直觀的理解。另外,還可仿真演示出各種非幻想情況下(如兩相振幅不等、或相位差不即是9tb等)產生的行波跟橢圓活動的畸變。
        2參數設定資金名目:國度天然科學基金重點名目(50235010)該局部的重要作用是輸入超聲波電念頭的各類參數A行波超聲波電念頭機能剖析及其優化設計值(重要是定子、摩擦層跟壓電陶瓷的資料特點參數、多少何尺寸參數以及預壓力、模態階次等其它參數),以便隨落伍行超聲波電念頭的機能料想或仿真參數剖析。
        2.3機能料想該局部依據所給定的超聲波電念頭各類參數值,可能盤算出超聲波電念頭在給定幅度的輸入交變電壓激振下的瞬態響應(如起動關斷特點,超調量及牢固幅值等等),還可盤算出在某一給定的預壓力下,不同負載力矩所對應的電機轉速,即超聲波電念頭的負載特點曲線。本模塊的重要功能就是料想出處于設計階段的超聲波電念頭的輸出特點,以便核查設計原形是否能達到預期機能。
        2.4參數剖析為了評估超聲波電念頭的能源特點,咱們提出了如下指標:定子各階曲折振動的固有頻率;對應于各階曲折模態的模態品質、模態剛度;基于壓電陶瓷激振的定子的響應位移、垂向振動速度幅值及相應的轉子的切向轉速等。
        基于壓電陶瓷激振的力系數及機電耦合系數;壓電陶瓷/彈性體復合定子振動體等效電路中的等效電容及等效電感。
        壓電陶瓷對應于各階曲折模態的夾持電容。
        這些能源特點描述指標既包含機械特點也包含對應的電學特點,比較集中地反應了超聲波電念頭的能源特點。尤其是電學特點指標,已往只有在超聲波電念頭制造實現后,利用等效電路原理丈量后得到,而本文可能直接盤算得到,供給了超聲波電念頭的可料想性,并能很有效地通過。為利用該軟件對定子能源特點指標進行變模態階次剖析的仿真結果示例。
        3行波超聲波電念頭的優化設計準則超聲波電念頭的設計波及到眾多參數的判斷,各參數對超聲波電念頭的能源學指標或多或少地都有影響,咱們在對超聲波電念頭進行設計跟參數選定時本著如下的準則:超聲波電念頭機能料想及參數剖析程序流程定子的能源特點指標的參數剖析示例有其它的一些附加前提,諸如最高轉速、堵轉力矩、對外負載變更的敏感水平(負載特點的軟硬)等等,甚至還有對尺寸(外徑、厚度)、分量等的限定,在某些特別場合下如航空航天、精巧儀表、微機電體系等,有時這些會變成必須嚴格依照的限定前提。三相異步電動機轉子的轉速低于旋轉磁場的轉速,轉子繞組因與磁場間存在著相對運動而產生電動勢和電流,并與磁場相互作用產生電磁轉矩,實現能量變換。其擁有結構簡單、運行可靠、價格便宜等優點。因此,在超聲波電念頭設計之初,應首先明白最為重點的設計請求。
        本文認為,超聲波電念頭的空載轉速跟堵轉力矩是兩個重要的設計指標,依據超聲波電念頭負載特點曲線的特點,判斷了此兩指標后,超聲波電念頭的負載特點就大抵判斷了。另外一個設計指標是定子的直徑。定子直徑與空載轉速跟堵轉力矩都有一定的關聯,判斷了空載轉速跟堵轉力矩后,定子的直徑也就大體有了一個范疇。
        為了產品設計的標準化,個別要預先選定一個比較規整的值。
        判斷與設計指標密切相干的設計參數與空載轉速直接相干的參數重要有超聲波電念頭的工作模態(波數、頻率)、振幅、定子的直徑、齒高等,而與堵轉力矩密切相干的是摩擦資料、摩擦系數跟預壓力。
        超聲波電念頭的設計請求個別是其額定輸出功率,即在一定的轉速下輸出一定的扭矩。三相異步電動機轉子的轉速低于旋轉磁場的轉速,轉子繞組因與磁場間存在著相對運動而產生電動勢和電流,并與磁場相互作用產生電磁轉矩,實現能量變換。其擁有結構簡單、運行可靠、價格便宜等優點。除此之外,往往還超聲波電念頭的總體優化目標當然是在滿意設計請求的前提下達到最高的效力。但更應留神的是要明白各功能模塊的局部優化目標,并盡量考慮到各模塊之間的彼此影響。在超聲波電念頭的整體數學模型還不完美的情況下,這顯得尤其重要。
        初步選定參數范疇,進行變參數剖析,剖析判斷優化參數,并依據仿真模型進行機能料想。
        調劑參數,得到最優解。
        依據超聲波電念頭能源體系的模塊劃分,為使超聲波電念頭獲得良好的能源特點,重要是對其定子諧振模塊跟摩擦驅動模塊進行優化設計,即對定子跟摩擦界面進行設計。
        超聲波電念頭的定子的重要作用是在壓電陶瓷誘發應變的激勵下產生諧振,從而有效地將電能轉換成機械能,并以振動能的情勢保存。因此定子優化設計的要害就是在滿意設計請求的前提下,在參數可供抉擇的范疇內如何保障機電耦合能量最大水平的轉換,為此應當從定子的模態、材質、尺寸大小以及壓電陶瓷等多少個方面進行了考慮。摩擦界面的設計重要包含兩個方面,一是摩擦資料的抉擇,二是摩擦層的尺寸跟預壓力的選定。
        本文將定子振動的阻尼損耗、機電耦合系數跟跟振速(隱含著振幅跟預壓力)作為評估指標,三者結合起來作為定子優化設計的目標;而將摩擦界面的功率損耗作為摩擦界面優化設計的目標。重要是為了在滿意利用請求的情況下獲得較好的效力跟摩擦驅念頭能。
        4行波超聲波電念頭的設計實例及機能剖析所示是南航超聲波電念頭研究中心利用本軟件體系開發的一種利用于氣閥的超聲波電念頭的定子及其工作模態,其各項參數如下表所示。
        545型氣閥超聲波電念頭定子的結構及工作模態545型氣閥超聲波電念頭定子的結構參數表外徑工作模態內徑工作頻率定子基底厚定子材質鋼齒高壓電陶瓷壓電陶瓷厚該電機在不同預壓力下的空載轉速跟堵轉力矩變更趨勢料想結果如所示,為超聲波電念頭摩擦界面在不同預壓力下的輸出功率、滑動喪失功率、摩擦界面效力的變更曲線。由本設計程序得到的優化設計細節剖析的表很多,限于篇幅,在此不逐個列舉,詳見文在對超聲波電念頭進行參數的調劑設計時候析發明,抉擇B7振型比較恰當。該工作振型的頻率為36.幅(在不加預壓力時)為2Lm,機電耦合系數以及各評估指標都比較高。通過對其輸出特點的剖析,發明預壓力可抉擇為100N,此時堵轉力矩為0. 16Nm,空載轉速為140r/min,對應的間距D比零稍小,能保障定轉子的良好接觸而又不造成較大的摩擦喪失,工作點可抉擇在負載扭矩0.1N
        M、轉速90r/min,此時摩擦界面的傳遞效力可545型氣閥超聲波電念頭的空載轉速跟堵轉力矩隨預壓力的變更情況超聲波電念頭摩擦界面在不同預壓力下的輸出特點5論斷編制了超聲波電念頭機能仿真剖析軟件,可能料想出處于設計階段的超聲波電念頭的輸出特點。
        定義了超聲波電念頭的能源特點描述指標,并對之做了變參數仿真剖析,可盤算出各指標隨參數變更的趨勢跟靈敏度。
        提出了超聲波電念頭優化設計的多少點實際性準則,依據能源特點仿真剖析結果,給出了定子能源特點跟摩擦界面傳輸特點優化設計的基本方法,對設計參數的優選提出了建設性的看法。電機廠家通過上述分析可以總結出電動機工作原理為:當電動機的三相定子繞組(各相差120度電角度),通入三相對稱交流電后,將產生一個旋轉磁場,該旋轉磁場切割轉子繞組,從而在轉子繞組中產生感應電流(轉子繞組是閉合通路),載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產生電磁力,從而在電機轉軸上形成電磁轉矩,驅動電動機旋轉,并且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同。
        超聲波電念頭能源仿真研究對優化設計起到了很好的領導作用,據此開發的超聲波電念頭機能仿真剖析軟件在旋轉行波性超聲波電念頭的研制開發中施展了幫助剖析、設計作用,其后果十明顯顯。

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