一种环型直线超声波马达的研究

摘要

超声波马达是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，通过各种伸缩振动模式的转换与耦合，将材料的微观变形通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或者滑块宏观运动的直接驱动器。它具有功率密度大、无电磁干扰、低速大转矩、动作相应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性。本文研究利用行波原理的优点，在具有两个直线段的长环形结构中激励出行波，使马达产生直线运动的超声波直线马达。
　　通过分析行波产生的原理，指出旋转型马达的行波是由两个同型同频的驻波叠加而成，而长环型直线马达的行波是由两个模态频率十分接近的驻波叠加而成。
　　采用有限元方法对带有两个直线段的超声波直线马达进行了分析，分析结果表明长环型结构上存在着产生行波所需的两个弯曲驻波。同时，本文又通过谐响应分析得到了长环型直线马达的仿真运动结果，进一步从理论上证实了行波的存在性。
　　推导了弹性体上质点的椭圆运动方程，而后通过瞬态分析得到了长环型直线马达上齿的端部上质点的椭圆运动轨迹。对马达起动的初始阶段的振动情况也进行了仿真分析，分析结果表明马达的起动时间为0.5ms。
　　研制了长环型直线马达的样机，并进行了实验研究。当驱动电压为300V，配重块为0.24Kg时，长环型直线马达的速度达到最大值15mm/s。

目录

一种环型直线超声波马达的研究

THE RESEARCH OF RING-TYPE LINEAR ULTRASONIC MOTOR

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 超声波马达概述

1.3 超声波直线马达国内外研究和发展现状

1.4 课题研究的主要内容

第2章 环型直线行波超声波马达的理论基础

2.1 压电陶瓷的特性

2.2 环型直线行波超声波马达的工作原理

2.3 超声波马达等效电路模型的建立

2.4 本章小结

第3章 环型直线行波超声波马达的有限元分析

3.1 PZT4压电陶瓷参数

3.2 马达模态分析的电学边界条件

3.3 马达模态分析单元选择及边界条件

3.4 马达的各结构尺寸对频率的影响

3.5 马达有效机电耦合系数的计算

3.6 马达的谐响应及瞬态响应分析

3.7 本章小结

第4章 超声波马达样机制作及性能试验

4.1 超声波马达样机制作

4.2 超声波马达的性能测试

4.3 本章小结

结论

参考文献

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致谢

附录 有限元参数化模型分析流程图