摘要 摘 要 ／超声波电机(Ultrasonic 瑾毫橇，该毫撬不弱予传统粒邀磁感应毫撬，守是裁矮基龟海瓷懿逆匿魄效应激发 超声振动，借助弹性体谐振放大，通过摩擦耦合产生旋转运动或直线运动。电机的 显著特点是低转速、火力矩、结构简单、可用予直接驱动、不受电磁干扰、具有断 毫基缳特等功能，攘綮些特殊领域痰取德了一露之缝。超声波毫枫形式多撵，琢状 行波鼙怒声波电机稻棱状夹心式麓声波电撬已缀产监化，其设计理论稿对比较完善， 其他类激超声波电机戏小批量应用，或处于实骏探索阶段。 超声波电机一个很重要的发展方向是大力艇化。目前，输蹬力矩大予tNm以上 对其结构设计中的频率简并问题，尤其对其特性，定位测控及相关理论等进行了较 系统的研究，茸次爨承了这耪电槐瓣毫分辨率≮电枧特性的痰在联系。 本文开展§§研究工作稻取得熬成果如下： 1．论述了国内外趣声波电机的发展简史和历史情况，概捅出超声波电机的特点和 国外超声波电机的应用概况，并就纵扭复合型超声波电机的研究进展，结合课题，陈述 了本论文选题意义及磺突蠹容。 2．筒要地音Ⅱ析了纵扭复合型翘声波电机激发椭圆振动轨迹的机理，从焚产生旋转 运动的机理出发，分析了其所利用的模态及驱动接触面的接触情况。 3．分绍了有限炎方法进行港擞频率计算及撰态分析鹩瑾淦基础，分缨了有限元 扭振动横态分析的模濑，详细分析了不同结构咫寸对空心圆楗形振子纵、扭谐振频 率的影响。分析了为实现纵、扭谐振频警一饕而采用的两种改进结构，为超声波电机 懿绩稳凝诗及频率笼势握粪了摇导菝据。卜尸～ 4．介绍了纵扭复合型超声波电机的测控系统√该方案在怒声波电机的应用中具有 普遍性。首先介绍了恭统的设计原则、总体结构。然后重点介绍了系统硬件的各个组成 部分以疑软侔各个模块的功能和实蠛过程。最廷，x朔＆翅复合型怒声渡电极的性麓遘每 了初步静攒l试，指交了这一溅控系统的有效性。户。一 5·从定位精度、动态特性、单步特性(“步躐角”)三个方顾对纵扭复合型超声波 ———————————————————————————————————————————～ ； 捕要 择进符了理论探讨稀寅验研究，缳诞了这种电机的重复定位耩发优于0．025度；在动态 特性方阐，建立了动态特性的分析勰论和测试方法，得出了纵扭复合型超声波电机具有 快速越渤籽快速关断盼动态响应特性其中，起动时间在6毫秒宸右，关断时阅在2毫秒 泼蠢；菇外，获理论霸实验迁赘了魄辍懿摹爹4寄瞧(“步踅焦”)每电撬撬缀特瞧纛凄态 特性的荚系，揭示了这种电机具有离分辨率和能实现高精度定位的根本原因。 0．025成，在国内这烂擐标处于领先水平。o声一 ／ 尸／ 4厂“ 关键词：超声波电机逦i霞》、纵扭复合测f堪查ii矜测控系统i精密定位； ’ 动态特性、 7 7 摘要 ABSTRACT anew of The motor氆at ultrasonic in motor(USM)is type differentfrom recent traditional motorsin twenty years．It’s electromagnetic principle． the vibrationisexcited conv觏,se effectof Ultrasonic by piezoelectric elastic the the of materialsand friction rotation by the magnified body．With coupling，the slider rotor ofthe is is or characterizedthelow moving generated．USM by speed，high and structure isn’t the directly disturbed torque，simple load—driving．It by Call out field．USM withoutelectric of these carryself-holding power．AIl charactersmake USM insome areas。USMhas applicationsspecial various practical forms．Onlytraveling USM wave achievesindustrializationandhas arein type fully theory．Others designing in or small-scaleinthe of and application phase experimentexploring． The directionof USM’s is of import勰t realization development largetorque。At ofUSM theresearch with more than1Nm has done present torque been in mainlyJapan． This ofUSM kind has our hash’t prospective applicationbackground．But been country intiffsarea+In succeeded this the method thesis}we and measure analyze and designing control蘸charac科of USMwith longitudinal—torsional composite largetorque systematically． The researchworkand achievementsof thisthesisas arefollowing： the ofUSMthe I．Introducingdevelopment,thehistory in worldand the of characteristicUSMandthe ofUSM genial inother application the countries；smfing and contentofthisthesis． meaning themechanicsof vibrationlocusof 2-Analyzing exciting material ellipficM patticles。 section。 the theoretic for也eFEA of 3·]introducing background themodeand the resonaIlce FEA software ANSYSandthe of frequency，the modal procedure FEA analysis；settingup modelfor and torsionalmode longitudinal the effectof differem analysis；analyzing and stntcturessizesthe on and torsional longitudinal resonance ofhollow frequency measuresfor cylinder；presenting methodsfor improvement；summarizingpossible modal 试 一————————————————————————————————————————————————————～ 插安 the andtorsional to the vibration，which modal of longitudinal mayhelpdesign matching of 蚓飘jcJ田feUSM。 theuniversalmeasureandcontrol of the 4。Designing system andstructureof each specific designprinciple system，then part；finally general of this characteristicUSMand thatthe with by concluding testing system experimenting availability。 system’s of characteristics include USM，which 5．An越y洳g precise and theresearchof the character character；in precise stepping of and of basedthe choice on and D鄹j慧Ai，DELTA2 theory length step of of of the USM0。025 theresearch degree；in character, ensuringpositioning dynamic the thatthe analyzingdynamicperformance，whichproves of USMhavecharacter transient andthe turn-offtime composite rapidly response istess of than theresearch therelation time；in between starting steppingcharacter,analyzing and character． performance dynamic stepping The ofUSMhasroached the of torque SN．m，and USMiswithin0．025 positioning its achievementsadvancementin degree．These prove 0124country。 KEYWORDS：Ultrasonic CompositeType， Modal and Control Matching，MeasureSystem，Precise Character Characteristic，Stepping iv 第一攀 靖 论 接受；零章饕暌摊费鲻丁艇声波鼬辍越鞭耀、发袋骥燮翻特爨，萋鼠辩溅鹈努糖?炎瘛矩魏 缀擐燕奄蘩耪声蒗电撼辩辩兖避袋耩籽擞秘薅瑟，获瓣零}辩率蘸士谂变戆硒究意鬟糍辩骞。 1．1爨攀没趣撬藩套 Motor，簿称USM)怒i臻十几攀米迅速发怒趣辩的 越声波电机(Ultrasonic 一静灏臻舔辍，它蕊麓藤舔魄簿瓷鹣递垂毫羧凌激羧遴声豢游，餐熬弹穗舔{骚蒎 羧太+：i蔑避鬻攮螽台产生疑羧遮舔蠛巍线运漤，将袋瞧振子凝怒声蛾匏菝凌辘转 筷蔽裁羧戆麓毫筏。蔟藤瑗辩金蠢辫子簧笺黪魄酸蒸凌熬彀撬，鞭大袁寨，骶转 速、抗电磁干扰和晌臌快等优鼹性黼成为一种新颖的徽特电机，在航密航晨、微 鍪嚣藏、筏器天、鑫潞控爨餐镁壤糍蓑广泛魏波懑黎暴，萼{裁淫袁羚壤蔽互鼹器 熬蓑滚。 {。l震怒声凌邀撼发震潜整 分辍趱辫渡毫麟越整令繁爨瓣囊，，莓努矬l瓜验鼗l 嚣茅除辍。1061每，BulovaWatch Lid蓠次鹈稀释整突麓撵缝褡递符漱搬， 烈阚搜激攮的弹控绺的振动袋带渤锄袭齿轮。这种袭走对准辘，每舅只蠢～分钟 抟诿麟，露蔽了当附记录，霉}越了滚霹。丽辩墩擒稽了趣声泼程撬瓣究越潜纂。 实辫裁爨截怒声菠壤撬，鑫子燕魄耩瓣王露京菇卡氧簸乏懿瓣游菝率下+撇幅太 小，材料不过关，不能得到大力戆，恁法推广。1973年，璐M公司的H．v．Barth 羡爨～释装淡璧逛黟渡毫惑，其充艇咬夫，转遂获鸯，毽零余蔽豫。与熬溪薅， 翦蘩联豹VV 每，瓣苏联懿确赋i料缓囊越{每瀵了～静熬移骥潦藏穴受鬣黪越声浚瓷筏，蕊特 点燕采朋了撩能器愿《爆，降低了共搬颛率，扩火丁撼振振幅，魍因种辩原因都没 毒窭鼹㈣。 燕耀佼释视阶段e80替代以精，趋声滤电机研斑中心由黼苏联转移铷了强 零。19鼢零戆爨年鳃糖Vasiliev瓣褥嶷菱醢￡，提毽丁一舞撰黪驻菠壤超声波惫 撬。蒸工痒灏率先解．8珏k，赣入现率90W，羧蕊晴淹兔0,25 Nm，瓤槭输魄凌 辜荧50W，这莛第～争瀵爨了实黪穗惩要袭黪惫裰。邃滚惫械毒在穗令嫒焱： 一是撮漪片萄转子接触处磨攒严羹，：是转子转涟簸难控稍，仅能鹋方向旋转。 后为解决越嬲题，攒掇零生摆1982艰又提出了姆渡撩超声波憩撬。 宾蔫跨敷。稽戮攀垒l釜靛骚懿鹣行渡蘩怒声渡逛撬，建子盘惑竣鬟滚羚焱 一——————w㈨————～¨————㈩№—————m————————————————一¨¨‰—————————～m 耋鎏叁兰黧圭垩堡!堕一————— 带齿掸性体组成，转予以一定压力与定子接触，两组聪电片谯定子弹燃体环中激 嚣b势藏躲成箭渡，怒予弹性侮表聪鼹惫骰禚缓运漤，移动舔转予戳一迩臌力与定 子弹穗侮波酶接熬，潦过牵攘办黻魂徽旋转遴餮。行渡整趱声渡毫祝实璐了蠢定 点定期推动转子变换戚多点连续幂断蟪推动转皆，大大趣降低了接触褥上的摩擦 和磨攒，这为超声波嘏机走向实用开辟了道路，这种电机的商业应用蹙谯1987 年≤芷式镑誊X瀚时，接露年纛瞧镬建了赣警王盘公蔼，逸蹩趣声波嘏撬扶实 验走向商韭疲糟的一个标志。阏颦，日本佳熊公司研制出了第～台用予糊机自动 变焦熬耀获超声波毂概，爨撩裁簸：幕炎之一鞭。 隧潜行波裂超黟波电机成功的商炊化应照，弓l起了备匿的学术界秘产艘界对 踅声滚滚楹遥一步灏认谖蠢委撬，薪聚燃搀豹踅聋注壤撬不錾盔疆，缀夫缝 推动了超声波电机的研究和发展。后来又出现了以微电予加工披术制备的微型超 声波电渤枧。微型熬掺波电动槐毖静电箴微电枫姥毙大3个数爨级，楚警今兴起 Electro Mechanical 的微电子据藏蓉统(MEMS，Micro Systems)的关键郄{譬。 1．1。2趣黟渡邀貔豹基誊嚣i联巍分类 越声波电机是一种借助摩擦传递弹性超声波振动以获得动力的驱动机梅。始 整1一t所示，媒露2是一霆盘形翡霹转交俸，墨媒舔1产激力F及蕊移＆，劳 臻 图l—l超声波电舭作原理 扶饿您侔熙至g媒_辫2上鞋，裁会捷其艇转。这就是藉垮浚魄皴酶基本溅壤。藤 子这一种。这擞的力联t，‘)等靛移矩(磁，甜，)熬艇残霹激骞多释方法。魄 如“。，“，可以备由～个振子生成，也霹以由几个振予阏时生成，并通避逐当的 方法改变宅{舅之阅豹稳健蓑。嚣采攥嚣么方法燕蔽力凌卷篷移，裁凌定了超声渡 毫橇澎该采稻侍么榉的络梅。换筒线的驱渤原瀵可以看俸是两个媒 体借助麟擦实现了能嫩的转换与传递。比如振勃体I的运动势纛线运动，缎其熊 量透过辩擦簧逡绘了媒侮2著转换成了旋转。这冀中，瓣个媒体闽的摩攘过稷援 2 蔓=兰篓黧一———— 负着能匿的转移燮换任务。给媒体1提供能燃的方法可有劣种，本文鼯揩电能方 法，§#避过鼓激强艇媒体1羰动蕊菰褥髓虽，～般熟臻惩魍瓣辩妁遂驻魁效淀。 毫蕤舅链戆傻轰是器餐实瑰，波形毽矮予楚壤觏控裁。 悲声波蘸撬零髂黥定、转子缀戚，定子蠢漾溢稷纯静溅嘏漪瓷和袅瓣撵经俸 组成，转子一般由愈履材料缀成，弗桩其接触波面粘接摩擦树料。以撼谢出力， 增黧鬻褰缝。转予鸯建子藤受援紧，瀵过匿毫撼辩鹣遂嚣鼓斌建餐交藏奄蓿警转 变戏怒予表嚣怒声羰攀鹃税藏掇韵，镄臻予定、转予之简懿瀵续或辑续的攘融带 来约麟擦力，震琨将辩子表嚣艨患震交戆援皴擞糖转交失转予警方囊兹蕊姨遴凌 或旋转运动。 趣声菠毫撬羧骡虢模式嚣势海磷夫类：嚣渡簦强获凌整；菠蘩魂窘霞霹努鸯 单一搬动模态，复合掇动模态辩横态转换型。瀛含振动模态魑由两个楣舜振动方 向的擞秘合成，复合搬动模态的骥确源霹以是～个选霹以鼹磷个。一个驱溺源越。 电动键器鼗攀淘运秘，鼹个驱动滚薅壤辊爵磷餐溪个蠢惫运秘。 薹．塞超声渡惑撬特点及廒霜 1,2+1超零渡惑槐躲特点 豫统静蘸避羹激橇屉稀鬻遴魄导体在磁璐中受力丽获褥繇动力，其澍输出力 矩夫，避褥毒鑫长，糟糕效率糍。转速霹蔼魏粼大，转海莓邀簿特熹，蒜帑广泛 的实嬲性。西超声波魄枧与电磁型穰桃不圈，舆骞以下静特点： ≤i≥蕊薅蘩凑麓攀，稷捶疆瀵续祷篓蕊霹啜天，霹专系缄一起集残，熬Canoa 相机自动黛熊镜头； (2)能爨密度撼魄磁型电槐豹3-5倍，是热漤戆低速大力缀电视，辩掰予蕊 接驱霸，热瘸子簸奎簸哭矮蠛霹壤麓飞褥凌游重鬟； 鹅)舅舞邃，{蘧速嚣孚稳戈鲸秘≤较一般憾逮毫羧渚魏劳遴毫撬嚣誊)，稳 在控籁上冀W实现步进驱溯，而且定德精度高； (4)停电鹰具有牒擦皇锁功能，盛在高频城掇囊，毙耋瀣减援恢，搿槛熹凄 态晦寂骛缝(熬攘爵阕常羧裘趸ms黻内)、爨襄瑾离耩囊嚣速度秘蕊簸 伺服靛翩； 辫无霞轮霞遴骧鬣产生的溯隙，爵精确翘健； 《◇与直瓷赵巍楼旗静下垂黪转避．转速挎性； 国蠢予纛莰§鹈缓囊，嚣就撬耄瓣予挠秣蘧，嚣逄滋裁密往(EMC)好： 其不足懑处是： (1)黼遣戚本糕辩较窿，毽戮爨生产怼或举雌六蟠嶷降惩{ (2)避舞爨肇攮驱韵，摩擦嚣料懿海京鳎题会影臻壤撬秘王终寿袁％ 1．2．2超声波电机的应用现状 放八十年代开发出实用化盼趣声波电桩藤，超声波电栊一壹以一种凝型电枧 懿谶秘褥爨电气、据藏工程莽墩王终者鹣广泛关注。其巾弱本壹七+警代开始， 一赢在努力探索越声波电机设计机理及其应用技术，不断撼出新结构的超声波电 机。九十年代前后，行波型超声波电机设计及工艺取得突破，以日本新嫩公司为 莰表痰褒了行渡激怒声波逢撬懿赛蠢纯，文穴嚣迸了稷美凌弱硬究。CANON公 司搿发行渡环状的超声波电机用于相机镜头调焦，后又开发了柱状摇头疆超声波 电机用于更小的褶机镜头自动变焦。日本Canon自动对焦单镜头反射戏相机自 这龟秀l这释宅税，怒声渡毫撬褥笺应建鹣事爨夯l薯籀疆遵最徽镜(STM)、汽车、 仪器仪表、机器人、核式业、鼯弹和航天等领域。 荚圉、德国、法国和英国等不甘落后，也雁在投入大批的人才、物力开发超 空间研究中心、密苏里大学、俊治亚理工学院、加大伯克利分校等也我紧锣密鼓 的展辩研究。美豳的一些公司已开始批量生产超声波电执，主要用在航天航空、 售怠秘汽车产整镁壤。荚国、浚瓣、德卺氇裔许多撬掏磁究疆声波电祝，并开发 出许多实用产品和相应的CAD软件。 我国虽在超声波电机开发方面已取得进展，并有相应的样机试验成功，但其 研究主要集中在袁等院校，晷内豫浙江大学终，还畜涛牮大学、嘉寰靛签舷天大 学、东南大学、埝尔滨工鼗丈学、吉希表工监大学、天津大学、山东大学、上海交 通火带、陕西师范大学、上科I巍上海冶金所和长春光机所镣，主要开发的是行波 形(檄、环和直线缴)电机、纵掘复合型超声波电机和压电微电机等。镪个研究 攀像磊存特色，邑蠢一些毪戆接遴实矮豹撵撬产品，毽大多滏未形残产藏纯，还 有待予机电领域的工作者们共f司努力去改变这种现状。 除上述电机的相关理论租制造工艺技术较成熟外，其他结构的超声波电机还 处予必有小批量使腿或实验榉枧验段，穗关纛论、技术涟瓣不龌探索，农产壁纯 方嚣爨有很长翁貉缳要走。 嗣前，从超声波电机发展趋静看有两个方向：一是大转矩化，二魁小型化。 本文研究的对象就是大力矩的纵糖复合型超声波电机。 1．3缀赶复合銎超声波毫祝豹研究进展 纵扭复合型超声波电机的研制始于80年代来，到层前为止，其结构种类已 不羔三±塾纵扭笈会型超声波滚撬含鸯瑟令鞭曩摄子——缀摄子琴瑟援转攘子， 4 纵、搬转振予分别激发出两个糊曩蘩直的振劫，两种振动W荤独调节，甄不藕合。 缴掇复会鎏羧声波彀嘏其有输融走簸特舅《犬、可控豫强、疆疑转特性～致、低速 稳定毪好、葫态璃巍毪髓好等待熹，瑷已镶受关注。 缀拯复食螯麓声波电撬是辩本忝京工鼗大学主掰贞褥S．Ueha)教授簿入 在1987年提出的‘船郴】，其络构如图1．2所承。它包含两个臌电振予—纵振子和 攫掇予。箍缀子采麓辩§式竣稳，袅撵往俸秘题电慧擒竣，振毯渡长为半渡长， 工作在谐振状态；缴强子由叠艨压曝陶瓷片缀成，赫接在怒予端部，工作在j#谐 羧状悫下。 PZT单觅 蕃 稳转戳嚣掇子 图1-2上羽提出的复合型超声波电机 缴扭攘子分掰爨终趣毒鞭彀漾骥凄，致变灏驱婪惫源麓耀位差可控翻越黟渡 令逡税效率21％。逡耱毫撬其露低速稳定整好、歪反转往熊懿好盈易予燕斑大力 矩输撼，并酵}起了广“泛关注。 疆磊，NEC公露盼耩耨努发审心簿 Takeshi Inoue和OsamuOhnishi簿人阡 发了兴熟的采熙掰个蘧电掇子粒超声 波瞧撬‘弼，幂霜魏燕缴拯振子·髻采露嶷 心缮褥，其终擒鲡灞{o掰承。榉缀囊 径20mm，最犬转矩4kgfcm，最犬转遴 450(r／rain)，簸大效举40％，确陂对耀 枣予2。 富联注册，5ms。 上述两个复合烈超声波电枫样机 反映壤电梳瞧能上的优越健，孳l黻了荧 圈1-3 NEC湃发的篾仓型超声波溉桃 注。，嚣黎多家獗究_戮拇开始爵藏缴懿囊套型越黟渡超糖，势敬褥了一鍪成绩，霹 爨缡为以下A个方瓣： ～、电机的纵撒颤率简并(即使纵、扭搬动谐振频翱昝)。 趟予缄援振动黟遮在鼹一窀搬定予串的不麓，鸯实瑗惫枧缀趣振动懿港掇壤 ———————————————————————————————一～———————————————————————～ 5 新江走喾磺去擎缘谵文 率一致或接近(即频率麓筹)，羹点是对定转子缨梅的秘究。1992年，出形丈学 Aoyagi等人将缴、藏送奄掇予努剐爨予怒声 (YamagataUniversity)趣Maaabu 波窀辊榉槐的定子襄转予串}37“，翔爨1-4嚣承。缀强囊疆彀辫瓷片夹予撵拣搏 阍梅成夹心定予，扭转舔电陶瓷琦苟撵健体组合成夹心转子，考虑到定转予闻摩 擦的影响，分别计算备自的谐振频率，使得纵掇潢振频率简并较容易达剿。傻绘 转凌帮努壤魏驱潞电疆装褥电撬嚣黢蔑簿低，绝缀越题裹杂纯。撵撬盎径40mm， 簸大效攀魏13．1％。舅豁，舀蔷誊襞掰鼢研究表箍，弗不一怒簧缴糕谐振频率一致， 足要使纵燃振动姆派黼较太，使纵搬谐攮频率较接近就磁。象鲻谐振(掇掇)纛 {#{蓦摄(缀振≥王箨蕊，遗过致变缴振予照曩困予，调宽毅摄璐忑终蘩蠛+在援 振动谐搬点，也寓E保诋前较大纵振动振幅。我们骈制的电机亦膈此情况。 二、不强系梦g童经麓声波毫枫榉擞 1996年上裂实验塞剃舞l攫转掇凌王终在港掇状态，裁终了整缝120mm复合 熬超声波壤规嘲，络穗冬NEC舞发熬越声波毫撬结穗类毅，熟懑1-5掰零。在 冀转矩重擞比是黼等转燧电磁型直流瞧貔的2倍。这静毫橇最大戆特性是力矩撞 簿天，茭力簸是溺等慧经惫渡鍪怒务浚毯撬鹃十兄倍。稳缓蔽凝缀子豹PZT毯 电片的加工工艺嶷杂，潞瓣经过扇形甥割、端面披覆电极、甥趣极纯、毫极潞蚀、 糕接并鸯E工或环狄翻环状端面披覆融敝等工序。随着PZT环麓校增大，须分粼 瓣囊形段越彩，加工成鼹宰镶低。 ——————————————————————————————————一 6 是二童—■■L—————————一 网1击M．Aoyagi设计的复台烈超声波电机 三、PZT鹾毫嚣盼澄}} Aoyagi等天掇穗翔懑 1997年，辔彩穴学≤YamagataUniversity)豹Manabu 1．6掰窳静怒垮渡壤鼹莲子结构瓣娟。缀予童舔彩PZT芹稀攀鞠拱形粥隆浓组成， 沿厚发和长廉方向极化的矩形PZT片轴向放鼹，与弹性体级成夹心结构，分别 激发越声波毫撬静缴攘餐露搀转搬动。逶避绩梅设诗蹬褥缴壤凌嚣整转搬动这戮 丽颇谐振，会戒定予端蓠质点撩瓣振渤轨迹驱动转子律旋转逡动。此种怒声波电 枧最大瓣特点是莲曝晦瓷摄予缝瓣楚攀，毽缴激凌淹掇蒙率寝潦激穗，嚓瀣禳爱 载转遮为74(r／rain)，竣大效率4。艿％。 心、双转予复合潮超声波电机 1999年，日本窳炭工业大学上和申树瓣究塑静JunSatonobu等人戮潮了驳 转子复合型怒声波魄摄，其结褥鳃疆l。7鼹承婀。该曝搬兵露宠垒霹鬟：终糖，转 子壶缴搬动鹾遗劳、撵往露(镶)缀成，定予巍必心式援冁凌援毫筹、癸馁终碳 钢)襁粘贴在表蔷的辍振动压电辟缀成。为使转子沿蔺～方陶逡转，纵振渤采厢 2阶掀翻模态，定予妖魔正好为～个纵振动波长，半令褪波长，扭振动为一除簇 凄模态。双转予蔓食爨越声渡毽税静壤凌交矩必缝舞霹蛊经戆簸合登怒零渡毫撬 的两储，且运转稳定。但这种电机存磁以下不鼹：1、结构糊对复杂；2、电机络 梅较缎{受。 塑兰叁篓．受L兰jI釜j生熹———————————————一 图l_7)熨转子纵超复合獭超声波电机图 董．辱论文选题意义及研究翦察 lAl瓣究嚣义 本研究选择纵扭复合型越声波暾机其j鼓义主要有=点： ～莛缴援复会裂趋声滚露懿豹突耀意义臻礁。 超声波电机具有结构简蚺、定位精度商、无噪声污染、信B够获得离的转嫩重 耋戳髫黪点，是疆缝邀褒l型崽撬掰不及熬，鼹就在熙擐辊、枕器太、捂攉酝遘显 微镜和办公自动化簿领域得踟应用，特别纵扭复合獭超声波电机的低速大力矩， 黧壤速戡擒霹壹按驱袭这患缀是揍人。热在靛天镁壤，毽褥令天关注戆是美蓬 翅盛爆藤秀发的蠹裰声波毫搬驱动的撬器夫饕——3个0，678Nm熬熬声波毫枫搜 年磷翩的MarsArm l虽然蝴织，但篷萋减轻了40％，主要懋爆趣声波电视辍健 了寄利毫瀛电枕。翁补，NASA两络站点资料表明}NASA用于检测宇宙飞船船 舱步p壁_白勺多功能自璐憾行系统MACSI采用了三个越声波电机、MACS珏串采熙 了二个怒声波宅橇产垒壹线秘旋转运动。可燕，超声波电祝阪蔟离的转矩重爨眈、 断电自保持簿特点，使得超膨波电机在航天领域的优点更为突出，若超声波电机 骜长毒禽、稽璇定爱等藤霆躲决后，必将在，j、翌萋襁靛天谣域侮服萘统孛俸为驱 动器部分取代电磁式电机。槛航空航必领域，每增加1公斤的重量，就需要十分 暴贵翡发封费麓。势忿，NASA翡辩学家捂浚诗恚遥鼹驱囊器传鸯三个雾力的方 面之一。作为传统驱动器的电磁型电机，由于制造和原理上的局限蚀，限制了其 壤掬奎型诧，嚣盈这瑟毫瓤聚蕊减速禳麓瀵爨转矩豹耍衷，增趣了系统翡元季掌个 数，因而增加了系统质量、傩积和复杂性，同时降低了系统的可靠性、定位精度 霸璃蠢这囊；蠢超零波龟视其鸯嚣邃大力短、薅瘦抉、定位精度离、镑褥蔺攀、 无须澜滑和W根据不同的需袋设计成备种形状等优点，恰好弥补了电磁式电机的 g 慕一章 嫱蚤 不煺，箍鼠压电材料囊居爨点等特性也较避禽空天环境(裸露环境)使用。 藏匿侉鸯一令靛夭夫灏，舞了铩挎在簸祭蕊天镁壤翡镁先逶往，邈辩始黧巍 各耪新技术豹建鬻，资韵怒声波嘏税豹应怒鞣究。本新琢穗麴“航天藤熊声波毫 挽榉壤戆瓣麓”疆爨褥嚣了嚣象赢技零簸哭赣壤(863-2_穗礴舂)酶激麓，露蓬借 此搬动此项方面的研究，并把此项技术在我阕的航天领域中应用。 斑臻，德逮=i嘞楚霹瑟臻蠢萋爨瞧是卡分瀵天。毽邃塑褥簧这壤技零壤熬。 ：是g虢拯复合黧超声波魄机理论意义十分明显。行波戮怒声波电机设计理论 楼辫鳃较藏熟，势融经奏暴砖纯游产鑫，毽豁液塑趣声渡斑躐静驱淤撬溪颡魂毒 工艺隈制了其输躜转矩进一步掇离的可能，列露裁为止行波激超声波咆枧粒爱大 赣馥耱楚鸶枣子然搬；搴黪溪照陵天矮壤六力囊熬娶蕊；瑟复含蘩越声渡窀撬 虽能获得较大的输娃{j转矩，但邋论和设计还檄不成熟，且设计因结构的不同变化 较大。其是子是一个复舍摄予，骚慰器波型瑰概定予复杂褥莎，毒许多嬲题缓褥 硬突，魏蕊瘘率麓耱(缴援{罄羧凝零麴谖谶凝题)、结梭设诗、毫秘黪歉蕊冀龟 貌静潮控等。 零论文靛篷发赢是，对缴掇凝禽型趣声波电机进行稽陂的理论搛紫，究普其 设计蠼论；剃用嗣产疆电陶瓷：I孝瓣，在一定咫寸莲隧内，使褥超声液电飘尽麓能 获释豢翡转耀赣邈，舞结合靛关寝谶瓣请嚣，探索蓑焱航天髅壤串斑臻翁霹蔻毪， 为设计、使用复合粼超声波电机打下基础。 零论文黪骚凳爨义嘉瑟方磷：～是莲谂上，研究级擅裳念型超声渡激瓿的设 {卡滕疆及其糖应麴骥动原理，势攀攥这秘电掇豹特瞧，形成缴整复会登怒声渡篷 撬懿瑷论鏊礁；，：鼹遘蓬王囊豫懿辩究，箍辫瞧辊戆毪筢，叛潲予靛天王穰、 机器人、精密定位拣制等领域。 1．4．2论文磷凳辫主要海蜜 盛予怒声波毫躲是一令涔毅蹑嘏鬻瓷挞辫、力学、撬撼、邀子黎控涮莓多学 科的鬟杂系统，至今匿内外对较深入的理论性烹献报道仍较少，实验研究探索仍 是慰髓强成步}对怒声波毫极凝突鲍盎要方法。 授攒霪蠹箨缀懿复合羹麓声渡魄撬秘骚究瑗获箨结含课鬻鹞舔分簧臻，零论 文内窬包撬如下几个方面： 1》．醑窿缴薤黧念餮超黟渡漱褫姆驱稚牒壤； 2)．臻懿缴扭笈会型越声波瞧撬匏凝攀麓势瓣瑟。骚巍糕嚣凑戳燹较终 A基SYS黠不蘑是寸籁缮褥魏缀麓曩禽鋈超声波窀魏遂镑努轿，试鬻寻找裔疆酶 结构使纵扭复合型越声波电机纵搬动的谐振点朔扭搬动的谶搬点尽爨趋于～数， 这戴额攀蓠劳翡嚣鹳； ：：：= 一一!!．型垒篓塑食鍪超零浚泡李怒溺控系麓，为邀撬酌黪悭滔鬟颡羧涮打鏊 一————————————————～—————————————————～- 濒汪太攀矮士擎往论史 础； 4)．研究缴扭爱合垄超声波电机的机械特性和瓣态特健，弄清遂种电机的特 性； 5)．实验研究缴缱复合獭超声波电视的“步迸定位”控黼的精度、动态特性、 单步特性，分析“步进定位”控制策略中步进特性与电机特性的内在联系。 1,5本章小结 本章介绍了霹内外超声波电视的发展筒史和历史情况，捧分剐献电机的驱动 模式对超声波电机越}行了分类，概述了国内外超声波电机的研究概况、特点和应 餍躐秩，著对g疑擅复合鼙翘声渡电奄fl‘的研究发展避符了分拆。最后，提出了率论 文选题意义和研究内容。 —————————～——————————————～ lO 第：幸 鳐扭复夸型鲢声速电瓤秘艨理 第二牵纵扭复合型超声渡电机的原理 擦委：率章篱簧奔绍了缀薤螯螽燮莛声波毫撬静缕拇、壤e瑗及摩攘疆葵躐。 2。l复合型超声波电机的结构 槎 出萄} 溷2-1纵掇复舍型超声波电枧结掏 纵扭复含型超声波电机的总体结构由电机本体和驱动电源两部分组成，电机 搴体翅墨冬l簿示，主要塞爽，0式宠子翻转予纽威，缴、援遂毫掇子夹在弹缝捧 之间构成寇子，转予通过一碟簧以～定的藤力与定予接触，转子与定子接触的端 疆土涂敷嚣一屡摩擦绣料，坟增爽缘禳系数及壤曩、楚转子瓣龅蘑损。缴振予由薄 片浮度方阿蔽亿的陶瓷环缀成，扭转振子由多片切向极化的扇形片缀成，两pzr 振子溃面浚覆银电极或粘接铜电极片，振予结构如辫2．2殿示，墅中箭头联汞方 离为压电陶瓷的掇纯方海。缴扭振予分舅g遴竣同凝、有一定稽位薏静交流信号。 纵向擞化压电片 电极 电掇引出端 辍压毫摄予 扭转援毫攘予 图2“2纵扭压电振予 —————————————————————————一__ 塞篓盎兰至圭璧慧丝毫 …——，—— 冀．2纵瓤复合溅超声波电机的运稽横i理 。 ～、定转子接触嚣曩患臻溜掇漤魏邃熬激瓣 糕声渡蘸撬都撩褥蘑篷穰赫降激发爨煮瓣怒声撅动，遴滚振凌龠成搽穗穗i点 的椭嗽振动轨迹，借助摩擦力或媒质压力驱动穆动体运动。纵扭复合型越声波电 援耄鬻令PZT擐予激囊：一令缎壤擎蠢—令攥藏予。缴攘予逶莲辍摄麓蹑毫骛 豹簿液振囊溪式，郄秘霜如蹑魄常数产生3-3耦会，激赫鞴商振动，掇振予和 震趱搬穗压魄冀瓣滞覆留变撅瓣横袋，鼯域§瓤毫窘数懿l谍藕合，产受瘸淘整 转掇鼬，其巾两攮予姻驱穗傣号频率张犀。线纵摄驻电．垮称撼摄压电片上分爨《施 蘸彀赫魄歪臻号弧稔＆，： sinCOt “I…Uf (2—1) 式串缴援激戆羰辜颡为翻，蛭滚分裂蠢u；秽U；，毫嚣捃裁藏必驴。。 上述激励下，瘦乎表面质点沿轴向和圆周蝴向分别做筒谐振动，魈栩位麓为 垃，熟位移分别为； x=As强《谢 (2*3) 上液孛鬈颡￥努澍舅襞悫密辅怒穗嚣舞嬲患上懿整咎，A袭B努嬲翅冀羲 藤，霞移程藏差势穗。 蒯定子表面质点的合成逡渤方程为： (A妇璐2 2群～‘ 幽2… 淼～篆肌j蠹如；(2-5)ABsin(Bsin 毓七式可以着娥，定子表黼膦点辩运动轨迹是一椭磷，强液面质点纵向和仞 向掇勃同相位时，即稳eO或n圳t肘，糖圆轨迹退化冀～畿绫。 襞念鼙慈声滚酝撬裳子表鬻蕊裘落藏邃炭毽及辩溪羲迹骧帮凌煮褥寝逮囊 ‰分嬲为： q ㈣) 洲(2_醣 q。要；aa4COS：a4COS泔) 2丽2 ’ ‰；藏 辖。蛰 不黼穗往差下愁予表面蠢点攘韵轨迹弛闰2-3所示，其巾稼；刀，2时，质点 的运劫姚迹为压交的椭圆，方程如下： (x／A)2+(y，嚣)2=l 稽。S≥ 一————————————————————————————————————————————■—。———一 纂=章 甄耪羹套壁莲声液童一整薛零—堡 以上分榭表明：复合型怒膨波电机是由纵、扭振渤分别独立激励、慧不耦食， 无沦缴、掇羧饕等痨翡疆蘧秘褥像翔舞，表露茨点缀、整攘秘蘸金藏辘潦爨为耩 蟊(涂承=0和口=浑捧)，嚣藤窳秘掇动籀位一致。纛_式(2堵舟翔，弼海簸蕊速 度冬揽转叛翡耀毽A秘驱魂憩熬攀搿蠢笑，邂就潺节其孛乏一参数辩萄实蕊淹爨 调遮目的。圈2-3所撒述表麟质点的众多振动轨迹中，口。艘，2所对应的质点振 婺辘遗怒瑟麓婆戆，讴垂予囊，蚤楚子懿缕擒辩羧复豢，系统瓣缴燕壤婺懿穗建苓 一致。较难计算出对斑的外青Ⅱ驱韵僚弩闯的栩位差。璃此，滞确保定子表箍殿点 熬掇麓冁渣接遁我辩躲秘望熬援臻簿黟，缴掇簸会鼙怒声溲懿橇嚣路驻赘藩罨塞 能够谯∞180。范围内连续可溯。 镑《撑嚣，2 垃=嚣，2 嚣》挫》露，2 、 厂—＼ ∥ { 、 、 1 1 i { 乙一 ≯ ℃ ，i kJ sin(鲫十口) O》据—露产2 建=—薄，2 一霆馥《-嚣，2 2As{蕤翻f 厂 、 ， l ∥ 1 { r ＼ { 7 l { ＼。 } L一， J ＼ ， 溪2零苯褥耀德下袭嚣藏患熊灌菝动竣遴 ：、复念溅超声波电机的运行原耀 簦会鼙怒声鼓惑瓿蘸嚣PZT辍子努黧激嶷獠夸赣茎篓灌黪菝凄，鬻耱摄凄 可单独调节，置不藕合。扭转鞭子产啦扭转搬动，用以驱动转子输出力矩，纵振 子产璧辘藏掇秘，鬏攘裁定予鞠转予勰鼹摩擦秀，实壤将交鬻辩整转摄魂转换蕊 转予翠方向婚旋转逡滋，其避程类似黢涟过程。笈舍燮超声波港枫的运簿爆毽零 塞垂懿鼷24瑟暴潮。 椴据扭转振动等辚子运动方向的髀筒，笈含制超声波电机柱一个掇劫周期内 懿运渤掰癸为粥个避糨：在搜转掇渤蓬串蜀{1)一≤2)一《3)，整转缀淤懿方 意每转予旋转鹋方囊耀惩，缀摄动浚辘凌律授，疆疯继移魏簿头赣示，定转予鹚 堂鎏叁。囊●邑主』蔓宴0受_苎己—————————————～ 逐辩辩密揍魅，定予辩僚俸的疆转搬动邋避簿撩攒合传递剿转予，驱凌转予蕊转； 在熬转掇勰受半蔗(3)一(4)一t)，疆转撮漤瓣方淘慧转子旋转静穷内耀爱， 缀振秘戆努藏与裁肇髑籀菠，漆獭趣鳞短，宠转乎浚邃魏麓，忿对转予上潮勰转 矩懿瓣爨爵熊秀零，晓萄嚣霭蘩一其终藿《联淤转戆秀凭瓣拣每定转予忿怒麓溪 压力礴麓)。由于纵、搬转振动猩磁举周和负举厢内不同的凝加效果，形成了转 子单翔鲢攘转运秘。 禽 {禽《禽{ 曛2-4纵搬楚台测超声波电搬递抒艨理示意瞬 曼、笈螽墼越声液魄撬臻歉分耩 L ．^ 讳 ， ～ f l 烈． 8b cl 蠢＼／一 ＼j l A 自鲥 一 y V ‘ 八碍 锰 f ＼d 酗i 蠢 # 。乙．．； 义／一 泪． j 甜i V V 一 图20嚣舍爨怒声渡电擞瓣接触情搅 鳜糕纂食燮超势渡壤援定转子润敬竣魅德溅聪强翳2-5聚攘述，辫孛{l海邂 纂=幸 蔽瓤薹夸壁楚声菠电氟的豫罐 子表飚质点切向振动振速(扭转振动)，v，为转子转速，由于驱动频率较高和转 予的惯性，假定转子馓平稳的旋转运动，z为输出力矩，口朔d分别表承室转子 表嚣攘艇时鹃超始赢纛l终止意，设vlo对，掇转振动振凌速度方向与转子转淘 一致。 由图2-5可以餐出：当定转予表面预压力较大时，定转予一个振动周期内的 接皴瓣阕大_于半令髑麓，当定转予表藿预压力较小时，爨眭绞簸孵翘要小予拳令震 期。魂祝一个振动灏期内力矩输磁的分布情况如下： 1)在口一6期间，v，Vto，由于扭转振渤速度低于转予转速，定转子间产 生滑勘摩擦，产生制动转矩； 2)在矗一e蘩阗，‰v，翊，定转予阉存农辫霉§牵擦，貌爵产生驱动转矩； 3)在c—d期间，与n一6情况相同，产生制动转矩； 4)其余时间段内，定转子脱离接触。 以上分撰表明，一个振动周麓蠹只有b—c期闻电视辕蹈驱动力矩，懿援一个 振动溺期内豹输出力矩为各个辩闯段输出力矩的代数和。纵掇复合型超声波电视 在一个周期内不断地藿复着上述过程，将扭转搬子激发的扭转振动通过定转子间 的摩擦力断续地传递到转子，由于振动频率很察，因此转予佟平稳、连续的旋转 运凄。 2．3本章小节 零塞分缨了篷激耪秘懿压邀效应及其奁越痔渡毫爨孛戆运矮。结会零掰缓嚣 复合蘩超声波旋转电机，分析了它的的结构和逡行原理，采用几何方法剖析了激 发椭圆振动轨迹的机理，从其产擞旋转运动的机理出发，分析了电机接触丽的接 触及驱动情况。 ———————————————————————————————————～～ 15 量兰垄兰惩主．妻黧，建墨一一～一—— 第三章 纵扭复合型超声波电机的结构分析。 攘要：零搴强夯缨了A静越声波宅瓿懿势析方法，势载ANSYS捧7较务篙革翡奔缮，嚣髂裁两 种结构的频率简并问题进行了分析。 3．1缴扭复合型超声渡瞧槐缒分辑设计攘瑟 卷效黪超声波电蠛分糖手毅穰设计方法一警怒怒声窀税镁蠛研究嚣鳖煮。超声渡 电机的运掰特性取决予定予振动的形状、频率翻嚼缓，接触层的弼《度、疆尼、摩攘特 链、羲暴力莓诸多嚣素，缓难建立一令善逮斡搂凝毽禽戳主瑟蠢嚣素，嚣瑟镬茬懿霹 耨定鹣波瘸稻研究器蒜建盛嚣商特怒闯题静模型。通常酌分析步骤为：首先徽据定子 搬动缕搀，分板其振勘榛最、频率瑚耀蕴；其次，蒸予振动络擒酌缀动芥受接触遗程 影响的假设，研究非线性接触的嚣力学闯题。赘个系统憝一个耦含约饕力系统+骰设 虽不准确，讴是势舞愁瑗麓夔越声波瑰税虢努耩麓纯，瑟虽实虢表疆该穷法黥较好缝 攒述亳瓿斡性锈。实端酌惫往，定激分析方法有麓析法、等效电路法和有限既法。 超声波逛撬鼹糖模溅惫捶定予掇璐摸獾、器瓣按融模鍪l翻转子运动模梨三部努。 越声波敷橇定予搬动模漤魏建立是菱子H擞ilton琢理熬魏萤滚，鏊奉逻辍传递美系 蔻应力、藏变以致位移兰者之惩的力学函数。患转予接触的界蕊模疆，雯要怒定转子 阕基力分帮、动力传递、摩擦损耗等的计髯，要葶}入作用于定转子间的非线性的法向 积切肉界薅宠，导出定予鹣运动方戆。目裁常使耀滚攀的线弹经揍融摸塑。转予遥凌 镤蓬圭簧考虑疆囊运凄缝裘强旋转方胬翡运动孚爨。三懿分麴摸鬻逶过定转予舞黪耱 互作用力联系在一起，构成整个电机撩统的运动分析模型。以环形行波型超澎电机为 弼，其数学攥鍪翡分掰，主要扶两个髓璧转换过稷出发，Ep振动与摩擦两个踯分。振 动分析一般燕针对不嗣摸式粒瞬对掇凄，怨路次黧嚣素，建立援邀摄子串的滚力一应 变及位移之阏的美系，谯导毽系统懿膜薰翻嚣g度艇簿瑶，定义戳怒簸箨，就戆够缮露 定子的嘲肖颓率和振动模态。 黟*‰sinc攒 图3-1复合剩超声波电机旋转驱动等效图 超声波愈提懿簿效激籍方法，’就戆遥过撬毫黉纯藤理，将其涉及的机械掇动、电 振荡、机电转换和摩擦驱动避程转能为～个形象缀合戆毫豁形式，就魏电转换等多}黪 16 墨篓主 苎整墨全里整苎苎』殳查●璺苎』奠堂-苎羔一———————一 往丽富，_l鞠：电路与其代表豹电税系统等效，掰建立酌模激鄄为等效电路模型。 嘲3-I掰承必复会型趣声波电枧豹集孛参数等效电路模燮Ⅲ1。它表示了复合髯趣 声波电机利用纵振予激发的轴向振动的控制作用，将扭转振予激发的定子的往复振动 转换为转子的单方向旋转运动，这种转换过程类似干整流过襁。 该等效电路左边为电气部分，右逮为机械部分，通过转矩因予Ar将两部分连接 起来。电气部分稠枧械邦分的慰应关系如下： 电气参数 机械参数 电压、， 转簸M 电流f 扭转角速度n ArVz=Mr Ir“rJ2． 秭：为扭转压电振子的夹持电容，Ro：为扭转振子的介电损耗；砬代表定子等效扭转 羧魂角速爱；k：秀宠予戆转振动静等效转动浚鬟；G：为定予扭转振动的等效柔度； 欺：为与扭转振动速度对应的、反映定子掇转搬动辩的损耗秘振动疆越熬等效壤械疆 参数，糨定子结构、材料、扭转振动模态有关；厶、cm朔‰为定子各部分阻抗的簿 化，b稀cm决定了搬转谐振频率；考虑瓤扭转振予驱动频率较高和转子惯性矩足够 大，霹认鸯转子转速龠恒定不交，麓一整流源表示。 投定转予闻无提慰潺动黠，作用在转子上豹驱麓转煞霉表示为： f=奄‰虹搿一毛等一z1。J．G：dt一戢致 在扭转振动处于谐振状态时， z=岛‰s洫聊一Rm敛，=克岛碍sinabt 当扭转扳子搬动较强，驱魂转矩毖摩擦极限转簸]29r隈麟拜季，采罴薅仑攘登，转 予的瞬时力矩可由下式表示。在等效电路中，定转予问的接触特性褥思一对发向串联 的稳压管表示。 ，一J缈蛾拧，) l一；姗(筑救，) 等效电路法怒建变在电题络分柝方法敬实验疆究基秘上静，萁模型籀对篱单盛计 算时间短，悬求解实际问题的一种强有力的工具。应用超声波电机的等效电路分板法， 可l飘评佰定子振予韵优劣，进行电机性能盼预测，并运用于电机驱动和控制的设计研 究。毽等效壤路串静宅路元彳卒缺乏足够的物理解释，而且一些蓬要的局部特性，如应 力、接触压力无法进霉分辑，温发对惑撬瞧戆懿影瞧瞧无法考虑。等效奄路对予一般 的电机，其调压控制、脉宽调制调速以及PID参数整定都是基乎电枧本身的各项参数 进行的。而越声波电机属于容性负载，驱动电压和电流之间存谯相位差，且其电气参 】7 塑兰垄燕蹩圭壁垒煎盎一～一—— 数随尹}器蜜{{：酶影响较大，魏霪瑗嚣迭瓣瘊器变形蕊髓妥鳇躞裁嘏趱稻援餮等效予毫 机机械特性的阻抗是十分藏要的，但取髓的等效电赡、参数辨识等问题毒5还没驻壤好 解决。 霹；舞溲甏蘧声浚懿撬，为挺赛超声波篷撬熬效攀、扩大定予表嚣缀旗稳逶磷邃寝， 学在意子上加王瘊、攘。燃予越声波淑橇定予童膏瀣、魏等，理论努辑和解耩麓模院 较困难，往谯器要进一步简化，使碍理论分析模型螨以模拟实限隧况。对予笈念凝超 声波电机两黉，豳于禽考截西足寸沿皴恕突变魈结梅，熏珏定转予，故难予_碍j髂耩方法 分褥。裁周豢袋元法浚露分辨泞葬霹蕊羧准确逸搂擞窭舔翁定转予振动耨菠簸傍嚣， 魃全蘧了鼹聚统的运纪纲磐。遴：过静添分摄、横态分辨秘接簸分辑，哥获撂怒激嶷：懿 分析结果。嫩蹰；应用巾，硝以通过对滗转子结构的静；躲受力分概求使二赣静淼弯救一 致，达翔最捷瓣会；逮过怼毽鑫蹑毫辫瓷瓣定予戆摸态分辑，弩髅诗定子戆振动模态、 谐振簇率释耩合辫子；：骞终，通过接触分拆，可探讨壤税遴动中接触界耐的情况‘4钳5j。 3。2纵扭超声波电机模态的有限元分析 3．2。1霄限嚣进褥模卷分辑豹瑾沦蒺础 振动模惑分援是慰络梅凑悉特缝懿分耩，鬻鼹懿三耱基零察法筵嘲：位移释法， 皮力舞法移凌力羲数辩洼。蠹予复会溅怒声波邀税懋予懿夹心臻辂翮整个毫税蹙径、 高度相差不大，蠢法采蹋躲析方法遴褥分析得蔓《精确的解，困扰本章采厢F嚣M方法 辩电视的结构遴行动态分析。 畜辍元涟在撵蛙力学静糖孛誊嚣装精篷移瓣法，淡链移分鲞琏俸为蒸本寒辩爨， 褥乎簿(运动)方程、零褥方程鼗兄衡方程蔫豫鸯兰个鼹往移努爨表示翡乎餐方程， 憋个结构的各种参数都以带点位移分擞浚示出来。张不考虑阻尼影响的系统，自由振 动方程为强删： 捌嚣+鼹=O 茭串：掰为袋澄簸阵，鬈梵遥l度矩阵，鲜为位移矢羹，设瓣黪形式凳： “*≯sin国(f—r0) 繁八壹灏摄秘方程。胃褥到—个广义特锻簸矩簿方程； 嚣～毋雒=毽 由此，我们可以褥列系统的特征籁察(盎然频攀)秘慰应器带赢憋像移，拭糕褥 到与特征频率对应的模态(振型)。 ——————————————————————————————————————————————一——————————～ 18 —— 苎曼烹墼整墨垒翌壑主壅璺恕璧苎坠丝—————————一 3．2．2捌耀ANSYS逐E-摸悫势橱 3．2．2．1精戳元分析软件ANSYS简介 ANSYS较萼孛霆黻缭擒、滤露、惑褥、藏}溪、声璐势辑予一褡戆夫整遴耀蠢羰元 努辑较{孛，融邀赛上凝大蚋有限元分糖软传公弱之～懿荑莺ANSYS并发，它镶与多 分：蘩楚瑗攘块，努蔽诗簿攘块积瑟懿邋模袭。翦懋邂旗获箍洪了一个疆大豹实簿建 横及鼹终戈《结工兵，可以方便她搀造露鼹嚣摸裂；分辑诗箕摸块链捶结梅分辨(嚣遴 行线性分拼、非线性分析翮高度非线饿分析)、流体秘力学分析、电磁坜分橱、声场 努辑瑷及多物理场戆褒念分转，哥摸熬多秽赞瑗夯骥约)蜒互露援，舆套荧敏发分辑及 优托分褥裁力；瑶处疆榛块可将诗算缭瀑以彩色等德线最示、梯艨显示、矢爨燕示、 鼓子流速曼羝、也体甥．跨驻暴、透踺及举透骧驻示(霹餐裂缝擒海罄)筹蚕彩方式显 示出来，也掰将计算绩粜姒图表、鼬线形式显示或输滋。 ANSYS鳃寝蘑蠢瑟令模交，一楚嚣交互穰式(Batch Mode)，勇一是交强筷式 (Interactive Mode)。一般荛特掰原黼，鄱使爝交甄模式。在交溉模式下，分析命令 User 的输入有两黜，一是童接的文本输入，二是在图形惩声界甏GUl(Graphical 会竣ANSYS l强文本形式存下来驻供编辩，所以这两种输入方式除了个舅g命令筛，是 攘互等价的剐。 3，2．2．2 ANS￥S分撬避程 爱惩ANSYS遴臀攘恣势辑避程爨： 一、前处理(Preprocessing) 这个过程又可分为3个步骤，主骚栏黼处理器PREP／中完成，依次为：

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