電動機—彈性連桿機構(gòu)系統(tǒng)耦合動力學(xué)研究.pdf

1、隨著機構(gòu)系統(tǒng)不斷向著柔性化、高速化、輕量化和高精度化方向發(fā)展，其對機構(gòu)系統(tǒng)彈性動力學(xué)性能的要求越來越高，具有良好的力學(xué)性能且剛重比和阻尼特性顯著優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料的先進復(fù)合材料，近年來也開始在機構(gòu)系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，并顯示出良好的應(yīng)用前景。然而這些高速輕質(zhì)機構(gòu)系統(tǒng)在運行中時常表現(xiàn)出一些難以解釋的異常行為，究其原因是對該類機構(gòu)系統(tǒng)非線性動態(tài)特性的研究還很不深入，對該類機構(gòu)系統(tǒng)機電耦合等深層次問題也沒有作詳細探討，這些理論問題已成為束縛新型復(fù)合材

2、料在機電系統(tǒng)中推廣應(yīng)用的瓶頸。在這種情況下，對該類機構(gòu)系統(tǒng)的非線性動態(tài)特性及耦合動力學(xué)等深層次問題的研究顯得越來越重要。本文的研究目的就是要解決電動機—彈性連桿機構(gòu)系統(tǒng)的非線性動態(tài)特性及耦合動力學(xué)的一些問題。主要內(nèi)容包括： 應(yīng)用有限單元法建立三相交流電機—彈性連桿機構(gòu)系統(tǒng)的耦合動力學(xué)模型。首先，根據(jù)電機轉(zhuǎn)子存在振動偏心這種實際狀態(tài)的機電耦合關(guān)系，引入電機氣隙磁場能量函數(shù)，建立以電機轉(zhuǎn)子橫振、扭振為節(jié)點位移的電機單元；然后，分別根

3、據(jù)金屬材料和三維編織復(fù)合材料的特點，建立金屬材料梁單元和三維編織復(fù)合材料梁單元；最后，在電機單元、金屬材料梁單元和三維編織復(fù)合材料梁單元的基礎(chǔ)上，應(yīng)用有限單元法建立電動機—彈性連桿機構(gòu)系統(tǒng)的耦合動力學(xué)方程。所建方程較好地體現(xiàn)了該系統(tǒng)動態(tài)性能與其電磁參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)之間的實際關(guān)系，表達了以往方程未能反映的動態(tài)性能，為進一步深入研究電動機—彈性連桿機構(gòu)系統(tǒng)的動力學(xué)特性與系統(tǒng)的電磁參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)及材料參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系奠定了基礎(chǔ)。

4、 利用多尺度法對電動機—彈性連桿機構(gòu)系統(tǒng)的參激振動和強迫振動的耦合機理及發(fā)生參、強聯(lián)合共振條件進行深入研究，得到一些有益的結(jié)論。研究表明，三相交流電機—彈性連桿機構(gòu)系統(tǒng)存在非線性電磁參數(shù)激勵和外激勵；電磁參數(shù)激勵是由電機轉(zhuǎn)子振動偏心時不均勻氣隙的氣隙磁場導(dǎo)致的，是系統(tǒng)產(chǎn)生參激振動的主要原因之一；外激勵是由系統(tǒng)自激慣性力產(chǎn)生的；在電磁參數(shù)激勵和外激勵聯(lián)合作用下系統(tǒng)將產(chǎn)生參激振動和強迫振動相耦合的現(xiàn)象。 在充分考慮攝動法和數(shù)值分

5、析法特點的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)一種既能深入研究電動機—彈性連桿機構(gòu)系統(tǒng)的動力學(xué)特性，又能求得較高精確度的動力學(xué)響應(yīng)的方法—— 迭代式模態(tài)疊加多尺度法。首先利用多尺度法求解系統(tǒng)動力學(xué)響應(yīng)的一次近似解，然后將該一次近似解作為系統(tǒng)廣義坐標(biāo)初值，利用迭代式模態(tài)疊加法求得系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的精確解，其精確度可通過預(yù)先設(shè)定的一個小的正數(shù)來控制。 采用多尺度法研究電動機—彈性連桿機構(gòu)系統(tǒng)在電磁參數(shù)激勵下的主共振和次諧共振、在系統(tǒng)自激慣性力作用下的超