超声电机专用碟簧的结构设计与分析

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1、中图分类号：TH122论文编号：102870118-S102UDC：080203硕士学位论文超声电机专用碟簧的结构设计与分析研究生姓名冷维杰学科、专业机械设计及理论研究方向弹性件的设计及理论指导教师孙志峻教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringStructureDesignandAnlysisofSlottedBellevilleSpringforUltrasonicMotorAThes

2、isinMechanicalDesignandTheorybyWeijieLengAdvisedbyProf.ZhijunSunSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2017承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论

3、文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：_________日期：_________南京航空航天大学硕士学位论文摘要碟形弹簧作为一种具有非线性刚度特性的承压部件，具有结构简单紧凑、承载能力强、易于设计的特点，能够针对不同工程的实际需求进行自主设计。目前，部分超声电机已经采用碟形弹簧进行定转子之间的预压力加载，但是对于小尺寸系列超声电机，其输出性能对预压力的波动更加敏感，对碟形弹簧的计算模型精度以及结构设计提出了更高的要求。本文针对小尺寸系列超声电机预压力加载要求，采用了开槽碟簧作

4、为加载部件。基于旋转壳轴对称弯曲理论，建立了碟形弹簧在滑动简支条件下受轴对称载荷的力学计算模型，并设计试验进行了验证；基于悬臂梁大变形弯曲理论，建立了渐变截面悬臂梁的力学计算模型。研究结果表明：本文的计算模型比传统的碟簧计算公式具有更高的精度，与实验结果相比，相对误差在±2.4%以内。基于建立的碟形弹簧和渐变截面悬臂梁的力学计算模型，提出了开槽碟簧受压变形的计算方法，并将计算结果与传统计算公式结果、有限元结果以及实验结果进行对比。对比结果表明：本文提出的计算方法比其他计算方法具有更高的精度，与实验结果相比，相对误差在±3.5%以内。以试验碟簧的结构为基础，分析了单一参数对碟簧准零

5、刚度特性的影响。并在此基础上，利用Isight优化设计平台进一步设计了开槽碟簧准零刚度特性对结构参数的敏感性分析试验，试验分析结果表明：开槽碟簧的齿根自由高与厚度之比对准零刚度特性有着决定性的影响，对于小尺寸系列超声电机，设计开槽碟簧的最优高厚比范围在1.5到1.8之间。基于敏感性分析结果，提出了开槽碟簧的设计流程，并利用Matlab编制了开槽碟簧的设计软件。关键词：超声电机，预压力，开槽碟簧，结构设计，准零刚度特性，参数敏感性本文工作得到国家自然科学基金项目(资助号：51775274)资助。本学位论文在机械结构力学及控制国家重点实验室(南航)完成。i超声电机专用碟簧的结构设计与

6、分析ABSTRACTAsoneofthepressurepartswithnonlinearstiffnesscharacteristic,thebellevillespringhasalreadybeenwidelyusedinourproduction.Duetoitscompactstructure,greatbearingcapacityandflexibledesign,thebellevillespringcanbeusedtomeetvariousengineeringrequirements.Now,thebellevillespringhasbeenusedfo

7、rpreloadinginsomeultrasonicmotors,butinsomesmallsizeseries,higheraccuratecalculationmodelandstricterrequirementforstructuredesignareneedbecausethesemotorscanbeseriouslydisturbedbysmallfluctuationofthepreload.Inthispaper,theslottedbellevillesp