基于螺栓聯接非線性系統的桿式超聲電機建模與分析

陶 征，胡 斌，劉 旭

(鄭州大學 機械工程學院，河南 鄭州 450001)

基于螺栓聯接非線性系統的桿式超聲電機建模與分析

陶 征，胡 斌，劉 旭

(鄭州大學 機械工程學院，河南 鄭州 450001)

針對當前桿式超聲電機設計中通常采用連續復合材料結構形式的有限元模型而導致計算精度不足的問題，提出了在螺栓預緊力條件下的桿式多自由度超聲電機振子的建模方法,并分析了螺栓預緊力和聯接面摩擦系數對振子模態頻率的影響.實驗表明，考慮螺栓連接非線性因素的有限元分析方法對電機各階工作模態頻率的計算誤差分別只有0.05%、0.47%、0.64%，有著很好的計算精度，該結果說明考慮螺栓聯接非線性的有限元模型更有利于電機性能的設計和預估.

超聲電機；電機振子；螺栓聯接；非線性

0 引言

超聲電機的結構動態特性設計是電機設計過程中的一個重要內容[1-3].而建立準確反映電機結構動態特性的動力學模型是必要的前提和保障，其中解析法和有限元法是兩種最主要的方法，如文獻[4-6].解析法對于復雜結構而言，往往需要進行結構的簡化和條件假設處理.因此，很難滿足求解的精度要求，具有一定的局限性.

鑒于此，有限單元法的結構動力學分析已成為現階段超聲電機結構設計中最主要的方法.然而，根據筆者的研究發現，長期以來，在諸如縱扭超聲電機、單定子多自由度超聲電機等桿式超聲電機的結構設計過程中，電機振子的有限元模型大都采用連……