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行波超声波电动机性能分析及其优化设计

时间:2021-01-29 14:16 点击次数:
   

1原理演示仿真App重要功能模块该局部的重要作用是以动画的方法形象地演示超声波电念头的工作原理。重要有定子内的行波演示、定子齿名义质点的椭圆活动轨迹产生原理演示以及超声波电念头的驱动跟能源输出机理演示,以便对超声波电念头的工作原理有一个直观的理解。另外,还可仿真演示出各种非幻想情况下(如两相振幅不等、或相位差不即是9tb等)产生的行波跟椭圆活动的畸变。
  2参数设定资金名目:国度天然科学基金重点名目(50235010)该局部的重要作用是输入超声波电念头的各类参数A行波超声波电念头机能剖析及其优化设计值(重要是定子、摩擦层跟压电陶瓷的资料特点参数、多少何尺寸参数以及预压力、模态阶次等其它参数),以便随落伍行超声波电念头的机能料想或仿真参数剖析。
  2.3机能料想该局部依据所给定的超声波电念头各类参数值,可能盘算出超声波电念头在给定幅度的输入交变电压激振下的瞬态响应(如起动关断特点,超调量及牢固幅值等等),还可盘算出在某一给定的预压力下,不同负载力矩所对应的电机转速,即超声波电念头的负载特点曲线。本模块的重要功能就是料想出处于设计阶段的超声波电念头的输出特点,以便核查设计原形是否能达到预期机能。
  2.4参数剖析为了评估超声波电念头的能源特点,咱们提出了如下指标:定子各阶曲折振动的固有频率;对应于各阶曲折模态的模态品质、模态刚度;基于压电陶瓷激振的定子的响应位移、垂向振动速度幅值及相应的转子的切向转速等。
  基于压电陶瓷激振的力系数及机电耦合系数;压电陶瓷/弹性体复合定子振动体等效电路中的等效电容及等效电感。
  压电陶瓷对应于各阶曲折模态的夹持电容。
  这些能源特点描述指标既包含机械特点也包含对应的电学特点,比较集中地反应了超声波电念头的能源特点。尤其是电学特点指标,已往只有在超声波电念头制造实现后,利用等效电路原理丈量后得到,而本文可能直接盘算得到,供给了超声波电念头的可料想性,并能很有效地通过。为利用该App对定子能源特点指标进行变模态阶次剖析的仿真结果示例。
  3行波超声波电念头的优化设计准则超声波电念头的设计波及到众多参数的判断,各参数对超声波电念头的能源学指标或多或少地都有影响,咱们在对超声波电念头进行设计跟参数选定时本着如下的准则:超声波电念头机能料想及参数剖析程序流程定子的能源特点指标的参数剖析示例有其它的一些附加前提,诸如最高转速、堵转力矩、对外负载变更的敏感水平(负载特点的软硬)等等,甚至还有对尺寸(外径、厚度)、分量等的限定,在某些特别场合下如航空航天、精巧仪表、微机电体系等,有时这些会变成必须严格依照的限定前提。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速,转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流,并与磁场相互作用产生电磁转矩,实现能量变换。其拥有结构简单、运行可靠、价格便宜等优点。因此,在超声波电念头设计之初,应首先明白最为重点的设计请求。
  本文认为,超声波电念头的空载转速跟堵转力矩是两个重要的设计指标,依据超声波电念头负载特点曲线的特点,判断了此两指标后,超声波电念头的负载特点就大抵判断了。另外一个设计指标是定子的直径。定子直径与空载转速跟堵转力矩都有一定的关联,判断了空载转速跟堵转力矩后,定子的直径也就大体有了一个范畴。
  为了产品设计的标准化,个别要预先选定一个比较规整的值。
  判断与设计指标密切相干的设计参数与空载转速直接相干的参数重要有超声波电念头的工作模态(波数、频率)、振幅、定子的直径、齿高等,而与堵转力矩密切相干的是摩擦资料、摩擦系数跟预压力。
  超声波电念头的设计请求个别是其额定输出功率,即在一定的转速下输出一定的扭矩。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速,转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流,并与磁场相互作用产生电磁转矩,实现能量变换。其拥有结构简单、运行可靠、价格便宜等优点。除此之外,往往还超声波电念头的总体优化目标当然是在满意设计请求的前提下达到最高的效力。但更应留神的是要明白各功能模块的局部优化目标,并尽量考虑到各模块之间的彼此影响。在超声波电念头的整体数学模型还不完美的情况下,这显得尤其重要。
  初步选定参数范畴,进行变参数剖析,剖析判断优化参数,并依据仿真模型进行机能料想。
  调剂参数,得到最优解。
  依据超声波电念头能源体系的模块划分,为使超声波电念头获得良好的能源特点,重要是对其定子谐振模块跟摩擦驱动模块进行优化设计,即对定子跟摩擦界面进行设计。
  超声波电念头的定子的重要作用是在压电陶瓷诱发应变的激励下产生谐振,从而有效地将电能转换成机械能,并以振动能的情势保存。因此定子优化设计的要害就是在满意设计请求的前提下,在参数可供抉择的范畴内如何保障机电耦合能量最大水平的转换,为此应当从定子的模态、材质、尺寸大小以及压电陶瓷等多少个方面进行了考虑。摩擦界面的设计重要包含两个方面,一是摩擦资料的抉择,二是摩擦层的尺寸跟预压力的选定。
  本文将定子振动的阻尼损耗、机电耦合系数跟跟振速(隐含着振幅跟预压力)作为评估指标,三者结合起来作为定子优化设计的目标;而将摩擦界面的功率损耗作为摩擦界面优化设计的目标。重要是为了在满意利用请求的情况下获得较好的效力跟摩擦驱念头能。
  4行波超声波电念头的设计实例及机能剖析所示是南航超声波电念头研究中心利用本App体系开发的一种利用于气阀的超声波电念头的定子及其工作模态,其各项参数如下表所示。
  545型气阀超声波电念头定子的结构及工作模态545型气阀超声波电念头定子的结构参数表外径工作模态内径工作频率定子基底厚定子材质钢齿高压电陶瓷压电陶瓷厚该电机在不同预压力下的空载转速跟堵转力矩变更趋势料想结果如所示,为超声波电念头摩擦界面在不同预压力下的输出功率、滑动丧失功率、摩擦界面效力的变更曲线。由本设计程序得到的优化设计细节剖析的表很多,限于篇幅,在此不逐个列举,详见文在对超声波电念头进行参数的调剂设计时候析发明,抉择B7振型比较恰当。该工作振型的频率为36.幅(在不加预压力时)为2Lm,机电耦合系数以及各评估指标都比较高。通过对其输出特点的剖析,发明预压力可抉择为100N,此时堵转力矩为0. 16Nm,空载转速为140r/min,对应的间距D比零稍小,能保障定转子的良好接触而又不造成较大的摩擦丧失,工作点可抉择在负载扭矩0.1N
  M、转速90r/min,此时摩擦界面的传递效力可545型气阀超声波电念头的空载转速跟堵转力矩随预压力的变更情况超声波电念头摩擦界面在不同预压力下的输出特点5论断编制了超声波电念头机能仿真剖析App,可能料想出处于设计阶段的超声波电念头的输出特点。
  定义了超声波电念头的能源特点描述指标,并对之做了变参数仿真剖析,可盘算出各指标随参数变更的趋势跟灵敏度。
  提出了超声波电念头优化设计的多少点实际性准则,依据能源特点仿真剖析结果,给出了定子能源特点跟摩擦界面传输特点优化设计的基本方法,对设计参数的优选提出了建设性的看法。电机厂家通过上述分析可以总结出电动机工作原理为:当电动机的三相定子绕组(各相差120度电角度),通入三相对称交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路),载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩,驱动电动机旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
  超声波电念头能源仿真研究对优化设计起到了很好的领导作用,据此开发的超声波电念头机能仿真剖析App在旋转行波性超声波电念头的研制开发中施展了帮助剖析、设计作用,其后果十明显显。

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