電動機—彈性連桿機構系統(tǒng)耦合動力學研究.pdf

1、隨著機構系統(tǒng)不斷向著柔性化、高速化、輕量化和高精度化方向發(fā)展，其對機構系統(tǒng)彈性動力學性能的要求越來越高，具有良好的力學性能且剛重比和阻尼特性顯著優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料的先進復合材料，近年來也開始在機構系統(tǒng)中獲得應用，并顯示出良好的應用前景。然而這些高速輕質機構系統(tǒng)在運行中時常表現出一些難以解釋的異常行為，究其原因是對該類機構系統(tǒng)非線性動態(tài)特性的研究還很不深入，對該類機構系統(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合材

2、料在機電系統(tǒng)中推廣應用的瓶頸。在這種情況下，對該類機構系統(tǒng)的非線性動態(tài)特性及耦合動力學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—彈性連桿機構系統(tǒng)的非線性動態(tài)特性及耦合動力學的一些問題。主要內容包括： 應用有限單元法建立三相交流電機—彈性連桿機構系統(tǒng)的耦合動力學模型。首先，根據電機轉子存在振動偏心這種實際狀態(tài)的機電耦合關系，引入電機氣隙磁場能量函數，建立以電機轉子橫振、扭振為節(jié)點位移的電機單元；然后，分別根

3、據金屬材料和三維編織復合材料的特點，建立金屬材料梁單元和三維編織復合材料梁單元；最后，在電機單元、金屬材料梁單元和三維編織復合材料梁單元的基礎上，應用有限單元法建立電動機—彈性連桿機構系統(tǒng)的耦合動力學方程。所建方程較好地體現了該系統(tǒng)動態(tài)性能與其電磁參數、結構參數和材料參數之間的實際關系，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—彈性連桿機構系統(tǒng)的動力學特性與系統(tǒng)的電磁參數、結構參數及材料參數之間的內在聯系奠定了基礎。

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

5、析法特點的基礎上，推導一種既能深入研究電動機—彈性連桿機構系統(tǒng)的動力學特性，又能求得較高精確度的動力學響應的方法—— 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)動力學響應的一次近似解，然后將該一次近似解作為系統(tǒng)廣義坐標初值，利用迭代式模態(tài)疊加法求得系統(tǒng)動態(tài)響應的精確解，其精確度可通過預先設定的一個小的正數來控制。 采用多尺度法研究電動機—彈性連桿機構系統(tǒng)在電磁參數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