Modelagem e avaliação experimental do desempenho de motores acionados por ondas propagantes

Orientador : Pablo Siqueira MeirellesTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: Motores ultra-sônicos possuem características que os tornam promissores para algumas aplicações. Trata-se de um tipo de motor relativamente novo se comparado com os motores eletromagnéticos convencionais. Ainda há muito para se investigar e aprimorar nestes motores. Este trabalho estuda o funcionamento de um motor ultra-sônico por ondas propagantes. É discutido como a energia de vibração mecânica é transformada em energia motriz. É apresentado também um modelo numérico que representa o comportamento do motor por ondas propagantes. Para tanto a cinemática dos componentes foi representada num sistema de coordenadas solidária à onda propagante, facilitando a análise do contato mecânico. Os componentes mais importantes foram representados por um modelo de placa de Kirchhoff. A equação de movimento foi derivada em formalismo Lagrangiano e a resolução do problema de contato associado foi obtida utilizando o método de elementos finitos para casos não lineares. A fim de verificar os fenômenos envolvidos no funcionamento deste tipo de atuador, foi construído um motor por ondas propagantes, operando numa faixa de freqüência sônica. Uma bancada de teste foi construída para avaliar o desempenho deste motor e observar como os parâmetros de operação influenciavam no seu funcionamento. Um motor ultra-sônico comercial, com características de funcionamento bem conhecidas, foi investigado no Institut für Mechanik na Techniche Universitãt Darmstadt com o intuito de observar a representatividade do modelo para avaliar o desempenho deste motorAbstract: The ultrasonic motors have characteristics that make them become promissing for some applications. These motors are relatively new when they are compared with the electromagnetic motors. There are a lot of things to investigate and to improve in this kind of motors. This work presents how the travelling wave ultrasonic motors work. It discusses how the mechanical vibration energy is transformed in driven energy. This work intends to show the numerical representation of ultrasonic motor behavior. The kinematics of components were represented by a coordinate system which is fixed on the travelling wave. This procedure facilitates the analysis of the contact mechanic. The most important components, stator and rotor, were represented by plate theory. These components was modelled using the Kirchhoff plate theory . The equation of motion was derived using Lagrangian formulations. In order to solve the non-linearities due to the associated contact problem, the finite element method was used. A sonic travelling wave motor was made as a didactic prototype in order to verify the influence of operational parameters in the motor behavior. In order to verify the mo deI representability, a commercial ultrasonic motor was investigated on the Institut für Mechanik in Teknische Universitãt Darmstadt, in GermanyDoutoradoMecanica dos Sólidos e Projeto MecanicoDoutor em Engenharia Mecânic