机电集成静电谐波微传动系统机电耦合动力学

机电集成静电谐波微传动系统是一种微型广义复合传动系统,利用柔轮的波动变形实现运动传递和运动转换。系统的动力学特性将直接影响微传动系统的工作性能,该传动机电耦合动力学的研究具有重要的理论和实际意义。本文以施加电场力的微圆环为对象,建立了机电耦合微圆环的动力学模型,分析了微圆环的自由振动。利用模态叠加法,分析简谐力激励下的受迫振动。同时给出了电系统的动力学方程,并分析了简谐激励下的电量变化。分析了机电集成静电谐波微传动系统在不同驱动系统下的工作原理,比较了不同极对数和相数对微柔轮静态特性和动态特性的影响规律。采用非线性近似解析方法,研究了考虑电场力的非线性因素时微柔轮弱非线性自由振动、远离共振的受迫振动、接近共振的受迫振动和亚谐波共振等动力学问题。讨论了微柔轮在失稳状态下,由长度变化引起参数激励的参数振动问题。将其简化成两端固定的曲梁模型,分析了系统的固有频率和振型模态。用Pro/ENGINEER软件为设计平台,对微圆环进行了三维实体建模,并简化成平面应变模型,利用Pro/MECHANICA软件对微圆环在机电耦合作用力下的静态位移以及振动模态进行仿真。并将仿真结果与前述计算结果对比,验证了理论分析的正确性。