机电集成静电谐波微马达动力学特性研究

机电集成论文 静电谐波论文 柔轮论文 微马达论文 动力学特性论文 模态分析论文 受迫响应论文
论文详情
机电集成静电谐波微马达是一种集控制、驱动和传动功能于一体的新型广义复合传动。定子由若干相互绝缘的电极组成,转子由易变形的金属导电薄膜构成,当定子顺序通电后,由于电场力的作用,使转子柔轮产生周期性的弹性变形,当电场旋转一周后,转子会朝旋转电场相反的方向转动一定的角度,从而实现低速输出。本文介绍了机电集成静电谐波微马达的工作原理。建立了柔轮在激励电压作用下径向和切向位移的微分方程式。利用比较系数法,得到了考虑伸长和剪切两种因素下径向和切向位移的表达式。给出了激励电压和位移系数的基本关系。分析了激励电压随机械参数和电参数的变化规律。建立了考虑伸长和转动惯量时柔轮面内自由振动微分方程。给出了面内自由振动频率表达式。分析了面内自由振动固有频率随系统参数的变化规律。利用模态叠加原理,对电压扰动造成的受迫响应进行了分析。根据弹性理论,推导了柔轮变形能、动能以及定子和柔轮之间电场能表达式。利用Hamilton原理,得到了柔轮面外自由振动频率表达式。分析了机械参数和电参数对柔轮面外振动固有频率的影响规律。运用模态叠加法和薛定谔函数,对电压扰动下柔轮的面外受迫振动进行了分析,得到了受迫响应表达式,并对受迫响应规律进行了分析。完成了静电微马达驱动微型机器人的结构设计。确定了微型机器人的尺寸参数。对机器人的关键件后轮驱动轴的扭转振动进行了分析。研究了驱动轴扭转振动频率随其结构参数的变化规律以及电压波动造成的驱动轴受迫响应规律。分析了机电集成静电谐波微马达结构设计应考虑的主要因素。完成了其结构设计和尺寸设计。给出了关键件电极的加工过程。设计了驱动电路,进行了样机的原理性试验,证实了微电机驱动原理的正确性。利用ANSYS软件对电场力作用下柔轮的径向变形及其面内面外自由振动进行了模拟仿真,并和理论分析进行了对比,证明了理论分析的正确性。利用Workbench软件,对微型机器人系统在电压偏载时的谐响应进行了模拟分析。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
第1章 绪论第11-24页
    1.1 引言第11-16页
        1.1.1 MEMS 发展历史第11-12页
        1.1.2 MEMS 用途分类第12-14页
        1.1.3 微细加工技术第14-16页
    1.2 微电机研究概述第16-18页
    1.3 静电微电机国内外研究现状第18-22页
    1.4 主要研究内容第22-24页
第2章 电场力作用下柔轮变形研究第24-42页
    2.1 机电集成静电谐波微马达工作原理第24-25页
    2.2 模型的建立第25-28页
        2.2.1 柔轮微元的力学平衡方程第25-27页
        2.2.2 电场力的计算第27-28页
    2.3 伸长因素对柔轮变形的影响第28-31页
    2.4 剪切对柔轮变形的影响第31-35页
    2.5 结果分析第35-41页
    2.6 本章小结第41-42页
第3章 柔轮面内振动分析第42-59页
    3.1 转子动力学模型的建立第42-43页
    3.2 自由振动的求解第43-48页
    3.3 强迫振动分析第48-51页
    3.4 结果分析第51-58页
    3.5 本章小结第58-59页
第4章 柔轮面外自由振动分析第59-79页
    4.1 柔轮变形能和电势能计算第59-64页
        4.1.1 变形能计算第59-61页
        4.1.2 柔轮截面动能与电场能第61-63页
        4.1.3 面外自由振动微分方程第63-64页
    4.2 面外自由振动频率与模态求解第64-66页
        4.2.1 自由振动频率求解第64-65页
        4.2.2 模态求解第65-66页
    4.3 结果分析第66-78页
    4.4 本章小结第78-79页
第5章 柔轮面外受迫振动分析第79-89页
    5.1 受迫振动模型的建立第79-81页
    5.2 模态正交性第81-82页
    5.3 受迫振动的求解第82-88页
    5.4 本章小结第88-89页
第6章 静电谐波电机驱动机器人动力学分析第89-103页
    6.1 静电谐波微型移动机器人结构设计第89-93页
        6.1.1 设计原则第89页
        6.1.2 电机参数确定第89-91页
        6.1.3 结构参数确定第91-93页
    6.2 驱动轴的扭转动力学特性第93-102页
        6.2.1 驱动轴扭转自由振动第93-95页
        6.2.2 驱动轴扭转受迫振动第95-97页
        6.2.3 驱动轴扭转振动结果分析第97-102页
    6.3 本章小结第102-103页
第7章 样机设计加工、试验与系统动力学模拟第103-127页
    7.1 结构设计第103-108页
        7.1.1 微电机总体尺寸第103页
        7.1.2 介电材料的选择第103-104页
        7.1.3 支撑方式第104-105页
        7.1.4 输出轴长度设计第105-106页
        7.1.5 电极个数和激励方式第106页
        7.1.6 极值电压和气隙厚度第106-107页
        7.1.7 驱动系统的设计第107-108页
    7.2 微电机的尺寸设计第108-109页
    7.3 关键件加工第109-112页
    7.4 原理试验第112-114页
    7.5 系统动力学仿真第114-126页
        7.5.1 电场力作用下柔轮径向变形模拟第114-117页
        7.5.2 柔轮面内振动模拟第117-118页
        7.5.3 柔轮面外振动模拟第118-121页
        7.5.4 微型机器人车架谐响应模拟第121-126页
    7.6 本章小结第126-127页
结论第127-129页
附录第129-133页
参考文献第133-141页
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果第141-142页
致谢第142-143页
作者简介第143页
论文购买
论文编号ABS584952,这篇论文共143页
会员购买按0.30元/页下载,共需支付42.9
不是会员,注册会员
会员更优惠充值送钱
直接购买按0.5元/页下载,共需要支付71.5
只需这篇论文,无需注册!
直接网上支付,方便快捷!
相关论文

点击收藏 | 在线购卡 | 站内搜索 | 网站地图
版权所有 艾博士论文 Copyright(C) All Rights Reserved
版权申明:本文摘要目录由会员***投稿,艾博士论文编辑,如作者需要删除论文目录请通过QQ告知我们,承诺24小时内删除。
联系方式: QQ:277865656