機電集成壓電諧波傳動系統(tǒng)研究.pdf

1、機電集成壓電諧波傳動系統(tǒng)是一個集壓電驅(qū)動、諧波傳動和活齒傳動于一體的新型傳動裝置，該傳動系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)摩擦式壓電電機易磨損、壽命短以及非接觸式壓電電機輸出轉(zhuǎn)矩小的缺點，具有響應(yīng)速度快、壽命長、低速大轉(zhuǎn)矩、無電磁干擾等優(yōu)點，在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、精密定位和微型機器人等尖端技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文分析了機電集成壓電諧波傳動系統(tǒng)的工作原理。建立了該種傳動系統(tǒng)的機電耦合靜力學(xué)方程，分析了活齒傳動系統(tǒng)的工作過程及受力隨轉(zhuǎn)角的變

2、化規(guī)律以及系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩隨電壓等參數(shù)的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)：輸出轉(zhuǎn)矩以一特定角度為周期發(fā)生周期性波動。
　　在壓電學(xué)、連續(xù)體振動理論和離散體振動理論的基礎(chǔ)上，建立了機電集成壓電諧波傳動系統(tǒng)機電耦合動力學(xué)模型，推導(dǎo)了機電耦合自由振動方程，求解了系統(tǒng)的固有頻率和模態(tài)振型。揭示了系統(tǒng)參數(shù)對耦合固有頻率的影響規(guī)律。分析了不同模態(tài)下系統(tǒng)耦合對固有頻率的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)耦合使得驅(qū)動部分相近模態(tài)固有頻率和傳動部分全振動模態(tài)下的固有頻率均發(fā)生

3、了變化。
　　針對驅(qū)動部分、傳動部分以及整體耦合三種情況，建立了機電集成壓電諧波傳動系統(tǒng)在壓電激勵下的受迫振動分析方程組。討論了驅(qū)動參數(shù)和傳動參數(shù)對系統(tǒng)耦合受迫振動的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)：驅(qū)動部分參數(shù)和傳動部分參數(shù)對系統(tǒng)受迫振動的影響主要表現(xiàn)在改變受迫振動振幅上。
　　考慮壓電陶瓷存在的非線性壓電效應(yīng)和活齒嚙合齒數(shù)變化引起的非線性效應(yīng)，建立了機電集成壓電諧波傳動系統(tǒng)驅(qū)動部分和傳動部分的非線性動力學(xué)模型和方程，采用林滋泰德-龐加

4、萊法推導(dǎo)了弱非線性自由振動和接近共振時受迫振動的非線性近似解，采用攝動法推導(dǎo)了遠離共振時受迫振動的非線性近似解。給出了系統(tǒng)的幅頻特性、位移響應(yīng)及其參數(shù)影響。研究發(fā)現(xiàn)：壓電非線性效應(yīng)和嚙合齒數(shù)變化引起的非線性對耦合系統(tǒng)的影響顯著，活齒嚙合齒數(shù)對非線性的影響較大。
　　研究了系統(tǒng)參數(shù)對機電集成壓電諧波傳動系統(tǒng)混沌振動的影響，給出了參數(shù)變化時系統(tǒng)混沌振動的分岔圖，當分岔參數(shù)取恒定值時，通過時域圖、相圖、龐加萊映射圖和功率譜圖判斷了混沌運