1rpm以下轉(zhuǎn)速壓電諧波電機(jī)的研究

已完成項(xiàng)目研究的全部內(nèi)容和任務(wù)，達(dá)到項(xiàng)目預(yù)期的研究目標(biāo)。超聲電機(jī)和傳統(tǒng)的諧波電機(jī)雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但在航空航天、機(jī)器人、微機(jī)電系統(tǒng)等要求低速平滑性能高的領(lǐng)域還不能滿足應(yīng)用，而1rpm以下轉(zhuǎn)速壓電諧波電機(jī)在此具有著良好的應(yīng)用前景。在執(zhí)行本項(xiàng)目以前，國內(nèi)外對該技術(shù)研究缺乏深入和全面的了解。在本基金的資助下，本項(xiàng)目主要研究內(nèi)容包括： 1）首次提出雙定子超聲波發(fā)生器壓電諧波電機(jī)，該電機(jī)由超聲波發(fā)生器和諧波摩擦系統(tǒng)組成，超聲波發(fā)生器包括雙定子超聲波驅(qū)動器和均布在其外圓周上的3個滾珠； 2）雙定子超聲波驅(qū)動器為雙定子行波超聲電機(jī)，設(shè)計為雙定子驅(qū)動有效的提高了電機(jī)的輸出特性，分析了行波超聲電機(jī)速度穩(wěn)定性的影響因素，通過有限元模態(tài)分析獲得了其振動頻率與振型；3）綜合超聲波發(fā)生器和剛輪對柔輪的影響，建立了包含波發(fā)生器與柔輪、剛輪與柔輪兩個接觸對的柔輪接觸模型，分析了柔輪應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律及其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對其應(yīng)力分布的影響；4）分析了壓電諧波電機(jī)的驅(qū)動原理，研究了滿足柔輪材料疲勞強(qiáng)度、最小傳動比要求的柔輪最大徑向變形規(guī)律，建立了柔輪最大徑向變形和雙定子行波超聲電機(jī)輸出力矩相匹配的數(shù)學(xué)模型，研究了考慮摩擦副粗糙度影響的柔輪最大變形的變化規(guī)律；5）制作樣機(jī)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測得樣機(jī)的工作諧振頻率為25.82kHz，驅(qū)動電壓峰峰值為300V時，最大空載轉(zhuǎn)速為0.72rpm，最大堵轉(zhuǎn)力矩為3.6N.m；6）首次提出了換能器壓電波發(fā)生器諧波電機(jī)，該電機(jī)由換能器壓電波發(fā)生器和諧波摩擦系統(tǒng)組成，其中換能器波發(fā)生器包括沿中心基座圓周均布的6組兩級變幅桿縱振換能器和2級杠桿彈性位移放大機(jī)構(gòu)，研究了其工作原理，通過解析法和有限元法分析了位移放大機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)；7）首次提出換能器超聲波發(fā)生器諧波電機(jī)，該波發(fā)生器由對稱分布的縱彎復(fù)合換能器驅(qū)動的行波超聲電機(jī)和滾柱組成，完成了換能器縱振頻率、彎振頻率和定子環(huán)之間的頻率兼并，獲得了定子環(huán)上質(zhì)點(diǎn)的輸出位移及運(yùn)動軌跡。本項(xiàng)目探索了提高超聲電機(jī)低速平滑性的方法，研究了不同波發(fā)生器驅(qū)動的壓電諧波電機(jī)的新結(jié)構(gòu)及其工作原理，其研究成果既滿足了特定環(huán)境對低速超聲電機(jī)的迫切需求，又拓展了超聲電機(jī)和諧波電機(jī)研究的新思路及應(yīng)用范圍，具有重要的科學(xué)意義及研究價值。

傳統(tǒng)行波超聲電機(jī)的低速平滑性能尚不能滿足特定領(lǐng)域?qū)τ?rpm以下轉(zhuǎn)速超聲電機(jī)的需要。結(jié)合諧波傳動理論與超聲電機(jī)理論，申請者提出研究1rpm以下轉(zhuǎn)速壓電諧波電機(jī)。首先研究行波超聲電機(jī)速度穩(wěn)定性的影響因素；其次，建立考慮摩擦副粗糙度時定、轉(zhuǎn)子間接觸模型，研究摩擦副粗糙度、定轉(zhuǎn)子間摩擦磨損對超聲電機(jī)輸出性能及速度平滑性影響，并尋找合適的摩擦材料；再次，為弱化摩擦副粗糙度對振子振幅和振動頻率的影響，提出基于諧波摩擦減速的壓電諧波電機(jī)，研究諧波傳動與超聲電機(jī)間的結(jié)構(gòu)匹配及諧波傳動對電機(jī)速度平滑性的影響；最后，進(jìn)行壓電諧波電機(jī)樣機(jī)的輸出特性及速度平滑性實(shí)驗(yàn)，對比在增加諧波減速環(huán)節(jié)前后速度的平滑性，并建立低速壓電諧波電機(jī)速度平滑性理論。本課題的研究既滿足了特定環(huán)境對低速超聲電機(jī)的迫切需要，又開拓了壓電電機(jī)設(shè)計的新思路，具有重要的研究價值。

轉(zhuǎn)速儀將接收的數(shù)字脈沖信號（由傳感器發(fā)出的），處理后直接讀入cpu的計數(shù)口，經(jīng)軟件計算出轉(zhuǎn)速、和指針相應(yīng)的位置，再通過cpu的控制口，放大后驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)正負(fù)方向旋轉(zhuǎn)，指示相應(yīng)轉(zhuǎn)速值（指針直接安裝在步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上），步進(jìn)電機(jī)走一步僅為1/3度。

內(nèi)容簡介

《低壓電器的研究與開發(fā)》分為發(fā)展綜述、低壓開關(guān)電弧與開斷特性、仿真與數(shù)字化設(shè)計、現(xiàn)代測試技術(shù)、智能電器五部分內(nèi)容。 陳德桂，1955年畢業(yè)于交通大學(xué)（上海）電機(jī)系。1983—1984年赴英國利物浦大學(xué)電氣與電子工程系留學(xué)一年?，F(xiàn)為西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院教授，博士研究生導(dǎo)師，全國電工技術(shù)學(xué)會榮譽(yù)理事，低壓電器專委會榮譽(yù)主任委員，全國電器工業(yè)協(xié)會通用低壓電器分會專家組組長，IEEE高級會員，日本電子情報通信學(xué)會海外會員。1992年獲得國務(wù)院政府特殊津貼。他的研究領(lǐng)域?yàn)椋弘娀〉入x子體微觀機(jī)理及磁流體動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，低壓電器滅弧室現(xiàn)代研發(fā)技術(shù)，開關(guān)電器特性的可視化仿真與數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，電器限流技術(shù)，智能化低壓電器。他在國內(nèi)外發(fā)表了三百余篇論文，作為他本人“低壓電器新技術(shù)”叢書中的兩本專著《低壓斷路器的開關(guān)電弧與限流技術(shù)》（2007年）和《低壓斷路器的虛擬樣機(jī)技術(shù)》（2009年）已由機(jī)械工業(yè)出版社出版。已完成由他主持的國家與省部級基金項(xiàng)目6項(xiàng)，國際合作項(xiàng)目10項(xiàng)。近年來由...(展開全部) 陳德桂，1955年畢業(yè)于交通大學(xué)（上海）電機(jī)系。1983—1984年赴英國利物浦大學(xué)電氣與電子工程系留學(xué)一年?，F(xiàn)為西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院教授，博士研究生導(dǎo)師，全國電工技術(shù)學(xué)會榮譽(yù)理事，低壓電器專委會榮譽(yù)主任委員，全國電器工業(yè)協(xié)會通用低壓電器分會專家組組長，IEEE高級會員，日本電子情報通信學(xué)會海外會員。1992年獲得國務(wù)院政府特殊津貼。他的研究領(lǐng)域?yàn)椋弘娀〉入x子體微觀機(jī)理及磁流體動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，低壓電器滅弧室現(xiàn)代研發(fā)技術(shù)，開關(guān)電器特性的可視化仿真與數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，電器限流技術(shù)，智能化低壓電器。他在國內(nèi)外發(fā)表了三百余篇論文，作為他本人“低壓電器新技術(shù)”叢書中的兩本專著《低壓斷路器的開關(guān)電弧與限流技術(shù)》（2007年）和《低壓斷路器的虛擬樣機(jī)技術(shù)》（2009年）已由機(jī)械工業(yè)出版社出版。已完成由他主持的國家與省部級基金項(xiàng)目6項(xiàng)，國際合作項(xiàng)目10項(xiàng)。近年來由他提出的低壓電器現(xiàn)代化的設(shè)計平臺，改變了依靠經(jīng)驗(yàn)和仿制的傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，推動了低壓電器行業(yè)設(shè)計技術(shù)的創(chuàng)新，因而多次獲獎。2004年獲國家科技進(jìn)步二等獎，2003年獲教育部科技進(jìn)步一等獎，2003年獲西安市科學(xué)技術(shù)一等獎，2011年獲陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎（以上四個獎項(xiàng)均排名第一），2012年又獲國家科技進(jìn)步二等獎。已獲發(fā)明專利5項(xiàng)，實(shí)用新型專利6項(xiàng)（均排名第一）。陳德桂教授積極開展國際國內(nèi)學(xué)術(shù)交流，在國外的國際學(xué)術(shù)會議上多次被邀請作大會特邀報告；作為會議執(zhí)行主席或會議主席主持和召開了第一、第二、第三屆（1989年，1993年，1997年）電接觸、電弧、電器及其應(yīng)用國際學(xué)術(shù)會議。從1989年至今被8個國際學(xué)術(shù)會議聘為國際科學(xué)委員會委員。2100433B