UMT60行波型超声电机定子模态分析

超声电机定子结构的振动特性决定了该结构对各种动力荷载的响应情况,对UMT60行波型超声电机定子进行模态分析,得到定子的振动特性,即固有频率和振型,为超声电机的各种动力分析提供依据.     

行波超声电机定子的非线性振动

分析了超声电机定、转子间接触力的非线性特性引起的旋转型行波超声电机(TWUM)定子的非线性振动,以此为基础,建立了TWUM定子的非线性振动模型,并用KBM法求解了该模型.求解结果表明,定子的振动是非线性的,且会产生非线性的跳跃和迟滞现象,定子的非线性振动还会使TWUM输出的堵转力矩也出现跳跃现象.基于实验测得的TRUM空载转速的跳跃对定子的非线性振动进行了验证.在此基础上,对影响定、转子间接触力的几个因素进行了分析.分析结果表明,定子上的激励电压越高,施加在定、转子间的预压力越小,定、转子间相对滑动的摩擦系数越小;定子齿越短,摩擦材料越软,定子振动的非线性现象就越不明显,TWUM的运行稳定性就越好,TWUM的工作频带也就越宽.     

永磁电机转子碰摩系统周期运动的稳定性与分岔

建立了永磁电机转子—定子碰摩系统的分段线形刚度和阻尼的动力学模型,当转子、定子碰摩时存在丰富的非线性动力学行为。基于Poincare映射研究了其周期运动的稳定性以及经倍周期分岔、Hopf分岔向混沌的转迁过程;分析了系统参数对碰摩系统运动行为的影响,为适应电机高速化的发展,提高其在高速下的安全稳定可靠运行奠定理论基础。     

三自由度齿轮传动系统的分岔与混沌研究

为研究齿轮传动系统中齿侧间隙等非线性因素对系统振动特性的影响,综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差和轴承纵向响应,建立了三自由度单级直齿轮副传动系统的扭转振动非线性动力学模型;采用变步长4-5阶Runge-kutta法,对系统运动的状态方程进行了数值求解;并构建了系统的Poincaré截面,得到了系统的分岔图。结合系统最大Lyapunov指数谱、Poincaré映射图及FFT频谱图,分析了系统在激励频率变化时的动力学特性,发现系统在不同激励频率下会发生Hopf分岔、鞍结分岔及倍化分岔,给出了系统的分岔值,分别得到了系统经Hopf分岔和鞍结分岔通向混沌运动的两种过程。     

ANSYS在超声波电机设计中的应用

为获得超声波电机的振动模态及谐响应特性,采用ANSYS有限元软件对直径为60mm的环形行波型超声波电机定子的振动状态进行了分析;在完成超声波电机定子建模的基础上,进行了电机定子的振动模态分析和最优模态选择,并在此最优模态附近进行了谐响应分析。分析研究结果表明,利用ANSYS软件对超声波电机进行分析被证明是一种行之有效的方法。     

热烈祝贺本刊主编、南京航空航天大学赵淳生教授当选为中国科学院院士

赵淳生，机械工程专家，南京航空航天大学教授。湖南衡山人。1961年毕业于南京航空学院飞机系。1984年获法国巴黎高等机械学院工程力学博士学位。长期从事振动工程技术和应用研究。提出了超声电机结构参数优化设计理论和方法；建立了超声电机定子／转子间“粘着-滑动”非线性摩擦界面模型；提出了行波超声电机定子反共振点恒流驱动模式、频率自动跟踪新方法和压电陶瓷元件分区极化新方式；解决了行波超声电机定子近频模态混迭及二相频率分离的难题。研发了杆式、环式和圆板式行波型、自校正驻波型、直线型，纵扭复合型和多自由度型等16种具…     

摩擦自激系统的分岔控制研究

研究应用Washout滤波器技术对摩擦系统自激振动的分岔控制.首先确定需要引入的Hopf分岔点,然后按Hopf分岔条件确定滤波器的线性增益和非线性增益系数,将系统的亚临界Hopf分岔变为超临界Hopf分岔,使受控系统产生的自激振动幅值大大降低.理论分析和数值仿真表明Washout滤波器法在分岔控制中的有效性.     

轧机主传动机电耦联扭振系统的动态分岔研究

针对交流电机驱动的轧机主传动系统存在的低频扭振失稳问题,依据拉格朗日—麦克斯韦原理建立交流电机电磁能与传动系统机械能耦联作用的轧机主传动非线性系统的动力学方程,并运用动态分岔理论研究该类高维非线性自治系统的振动特性。对定子与转子电阻随温度变化导致主传动系统出现非双曲奇点时系统中产生的高余维动态分岔现象,采用多尺度和谐波平衡法求解非线性微分方程组的近似解析解,不经中心流形直接求得原系统的三阶规范形,研究系统的Hopf分岔情况、二维环面分岔情况,甚至三维环面分岔情况,运用Hurwitz判据分析分岔发生时系统周期解和概周期解的稳定性,给出稳定域边界条件,数值仿真验正结论的正确性,为轧机主传动系统的平稳运行提拱理论依据。     

旋转型行波超声电机网络的性能测试和仿真

行波超声电机是新型电机,利用能量转换摩擦传递超声波振动,产生动力,其结构简单、性能优越和发展迅速。旋转型适合在医疗、航空航天等精密领域中使用。本文介绍了超声电机的工作原理和分类等,着重分析了不同温度下对电机工作频率、机械特性和摩擦材料等的变化情况。旋转型行波超声电机的性能随温度的升高呈下降趋势。     

旋转型行波超声电机瞬态响应能力的试验研究

针对惯量负载下旋转型行波超声电机的瞬态特性及变化规律,建立了描述超声电机响应特性的动力学模型,从动力传递机理的角度分析了超声电机的转速阶跃响应特性。通过试验分析评估了阶跃幅值和惯量负载的变化对阶跃响应时间的影响,给出了带惯量负载下旋转型行波超声电机阶跃响应的瞬态特性,验证了旋转型行波超声电机在给定环境下应用的瞬态响应能力。     

行波超声电机定、转子接触状态试验分析

行波超声电机的接触模型是建立在定、转子是光滑接触表面的假设上,而实际中定、转子的接触面是粗糙的.针对这一问题,通过试验研究行波超声电机定子表面摩擦层在预压力下的变形规律;利用Polytec公司PSV-300F-B型高频扫描激光测振系统测试工作状态下的定子振动的频率、幅值和速度随预压力变化的规律;并利用电接触法测试定、转子的接触状态.试验结果表明,Ф60行波超声电机的预压力在100 N以上,此时摩擦层的变形量同自由定子(未加上转子)的振幅在同一个数量级上;在预压力下定子的振动幅值和速度大幅下降;工作中定、转子不会产生脱离.这说明传统的接触模型不能够正确地反映定、转子的接触状态.     

旋转机械耦合传动系统参激振动分析与控制

以一类旋转机械传动系统的扭振为研究对象,考虑轴系时变刚度变化和非线性摩擦阻尼力的影响,根据Lagrange原理建立了一类旋转机械传动系统的耦合非线性动力学方程,利用多尺度方法推导出了系统的平均方程,并根据Hopf分岔理论给出了系统发生Hopf分岔的充要条件及周期运动稳定性的判别方法,分析了参数共振和内共振条件下系统的分岔特性。为抑制传动系统因亚临界Hopf分岔引起的失稳振荡,引入非线性反馈控制,对系统的Hopf分岔点进行转移并控制周期运动的稳定性和幅值。研究结果为非线性旋转机械参激振动的分析及控制提供了有效方法。     

轮胎非线性自激振动的动力学稳定性分析

考虑轮胎接地摩擦的非线性特性,建立胎面-地面系统的考虑时间延迟的动力学振动模型,以常微分方程稳定性理论和非线性动力学理论为基础,阐明了轮胎的自激振动是一种非线性动力学Hopf分岔后出现的稳定极限环振动现象。通过MATLAB/Simulink进行仿真试验,证明了自激振动现象的存在,并且系统在临界车速发生了Hopf分岔,与实际情况一致。     

旋转行波超声电机性能提升技术进展

为推动旋转行波超声电机的发展及其在精密驱动领域的应用,综述了其性能提升技术研究进展并分析了现阶段尚且存在的技术问题。首先,从定子行波的合成、质点椭圆运动轨迹、接触界面的摩擦驱动等方面论述了传统旋转行波超声电机的运行机理。然后,从结构优化和新材料应用角度综述了旋转行波超声电机的发展及其局限性;从温升控制角度阐释了温度变化对超声电机性能的影响并介绍了现有解决方案;论述了变预压力对谐振频率漂移的耦合影响,并指出了目前研究存在的不足;从双行波驱动角度分析了超声电机发展过程中的重大突破,概况了其研究历程及可行的发展方向。最后,归纳了旋转行波超声电机亟待解决的技术难题,并建议了解决方案。     

单级齿轮传动系统的Hopf分岔与混沌研究

为研究齿轮传动系统中齿侧间隙等非线性因素对系统振动特性的影响,综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差和轴承纵向响应,建立了三自由度单级直齿轮副传动系统的扭转振动非线性动力学模型;采用变步长4-5阶Runge-Kutta法,对系统运动的状态方程进行了数值求解;构建了系统的Poincaré截面,得到了系统的分岔图。结合系统相图、Poincaré映射图及FFT频谱图,分析了系统在激励频率变化时的动力学特性,发现系统在不同激励频率下会发生Hopf分岔、环面倍化、擦切分岔及倍化分岔。     

冷连轧机主传动系统非线性扭转振动控制分析

冷连轧机主传动系统非线性扭转振动给轧机安全运行带来严重后果,需要加以控制,以提高整机运行的安全稳定性。以某冷连轧机F3机架为研究对象,根据轧机主传动系统的非线性行为,建立包含非线性刚度、非线性阻尼及负载端非线性摩擦力的轧机主传动系统非线性扭转振动仿真模型;由于Hopf分岔是导致轧机主传动系统出现失稳振荡的重要原因之一,因此有必要对Hopf分岔现象进行有效的控制。基于Hopf分岔理论,构造非线性状态反馈控制器,针对该非线性系统,提出扩大稳定区域、改变分岔点行为及降低极限环幅值的Hopf分岔控制思路。由结果可知,扩大稳定区域使得系统稳定区域的范围有了很大的增加;降低极限环幅值通过引入非线性反馈环节,增加非线性反馈增益kn的大小来改变分岔点的行为,降低等幅振荡的幅值;两种方法都可实现自激振动行为的有效控制;可作为实际设计选择的重要参考。     

非线性Jeffcott转子-滚动轴承系统动力学分析

为了研究Jeffcott转子-滚动轴承系统的非线性动力特性,建立了其非线性动力学方程,并用自适应Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解。利用分岔图、Poincaré映射图和频谱图,分析了参数、强迫联合激励的Jeffcott转子-滚动轴承系统的响应、分岔和混沌等非线性动力特性。结果表明,Jeffcott转子-滚动轴承系统有多种周期和混沌响应形式,其振动频率不仅有参数振动频率成分和强迫振动频率成分,而且有二者的倍频成分和组合频率成分;Jeffcott转子-滚动轴承系统的非线性特性随着径向游隙的增大而加剧。     

独立悬架汽车转向系间隙与干摩擦对其Hopf分岔特性的影响

车辆转向系的非线性振动对车辆的行驶稳定性与安全性产生巨大的危害,因此降低转向系的振动、分析系统参数对振动特性的影响成为车辆振动控制至关重要的一环。为分析问题的全面性与合理消除振动,综合考虑转向系间隙与干摩擦,轮胎所受侧向力三个非线性因素,建立独立悬架汽车转向系4自由度自激型等效非线性振动模型,对多自由度系统自激型振动的Hopf分岔形式做出了具体的理论分析并给予数值验证,详细讨论间隙与干摩擦两种非线性因素对临界车速与分岔后极限环幅值的影响,进行奇点稳定性与瞬态响应时间分析;通过数值仿真得到在不同非线性因素影响下车辆平衡点失稳的变化规律,其结果对减小转向系振动与其Hopf分岔控制具有一定的指导意义。     

基于响应面的三自由度超声电机定子设计优化

针对超声电机定子设计过程存在的定子设计模态与干扰模态分离不彻底、定子振动幅度小、定子振动时局部内应力较大等问题,提出了基于响应面模型的电机定子设计优化方法。首先,通过选取合适的定子设计尺寸作为变量,拉丁超立方抽样方法在设计空间内选取样本点;其次,对各样本点的组合得到的定子尺寸结构进行有限元分析,得到定子的模态和谐响应值从而建立定子的响应面模型;然后,利用遗传算法在响应面模型的基础上对定子进行优化;最后,使用有限元软件对优化前后的定子进行建模计算验证了优化结果的正确性。     

超声电机中的非线性现象研究

研究了非线性现象对超声电机运行的平稳性、可靠性的影响，分析了超声电机在强电场作用下压电陶瓷材料特性的非线性现象、温度变化引起压电陶瓷特性的非线性现象和定子转子接触的非线性现象，以及驱动电路中的非线性现象等。在试验的基础上，定性分析了这些非线性现象影响电机性能的机理，从而提出控制这些非线性现象的建议，为进一步提高超声电机稳定性和可靠性建立了理论基础。