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机电集成静电行星电机动力学研究

张岩岩  
【摘要】: 机电集成静电行星电机是一种集行星传动、静电驱动和控制于一体的新概念广义复合传动系统。该传动系统主要由一个偏心转子和一个由若干块相互绝缘的电极构成的定子组成,当定子电极被顺序施加电压以后,产生的旋转电场将使转子公转从而形成行星传动,以转子的自转作为输出,该电机具有低速大扭矩的动力输出、传动比大、效率高、易于控制等特点,具有广阔的应用前景。 本文给出了该电机的工作原理,推导了输出扭矩和径向力等重要参数的表达式,分析了该电机设计时需要考虑的主要因素,包括输出轴长度、绝缘层的材料及厚度选择以及电极个数等,给出了能实现旋转电场的电路设计,确定了电机的主要设计参数。 对系统的关键部件输出轴的扭转和弯曲自由振动进行了理论分析,得到了固有频率的表达式,推导了其模态函数表达式。分析了扭转和弯曲自由振动频率随系统参数的变化规律。研究了两种振动情况下,系统由于电参数的变化而引起的强迫振动响应。利用模态叠加法,推导了强迫振动的表达式,分析了该电机强迫振动的基本规律。 利用有限元仿真软件ANSYS Classic和ANSYS/Workbench对输出轴的扭转和弯曲振动进行了仿真研究,计算了其频率的模拟值,验证了理论分析的正确性。


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