37、离心谐波力发生器系统的研究与实现

离心谐波力发生器系统的研究与实现

1 离心谐波力发生器设计

1.1 执行器结构设计

离心谐波力发生器的主要功能是产生所需的正弦输出力，其频率、相位和幅度可根据外部振动源信号进行改变。单组执行器的振动执行单元组件结构主要由无刷直流电机、驱动齿轮、辅助齿轮、两个传动齿轮和一组角位置编码器组成。

单个执行组件的工作过程为：电机驱动一对相互咬合的偏心轮以相同速度旋转，产生离心力，该离心力在一个方向上抵消，在另一个方向上叠加，合力形成单个执行组件的输出力。系统中有两组执行器振动执行单元组件，可通过控制两个电机的旋转相位差有效控制输出力。

单个偏心轮产生的离心力公式为：
$f = m_1ω^2r_1 + m_2ω^2r_2$
其中，偏心质量块的质量为$m_1$，偏心等效距离为$r_1$，偏心块等连接件的质量为$m_2$，等效距离为$r_2$，电机的角速度为$ω$。

由于两个偏心轮以相同速度反向旋转，横向离心力相互抵消，纵向离心力相互叠加，纵向离心合力为：
$F_y = 2(m_1ω^2r_1 + m_2ω^2r_2) sin(ωt)$

系统通过控制伺服电机旋转的初始相位$(θ + α)$和$(θ - α)$分别控制执行器输出力的相位和幅度。两组执行器振动执行单元组件的输出力分别为：
$F_{y1} = 2(m_1ω^2r_1 + m_2ω^2r_2) sin(θ + α + ωt)$
$F_{y2} = 2(m_1ω^2r_1 + m_2ω^2r_2) sin(θ + α + ωt)$

执行器的输出合力为：
$F_{yTotal} = 4(m_1ω^