圆环面内弯曲行波压电执行器的研究

摘要

本文首先简要回顾了超声电机的发展历程及其在工程中的应用情况，介绍了国内外利用面内行波工作的压电执行器的研究现状。通过分析面内行波的形成机理，指出驻波幅值和相位差对接触圆的影响规律是该类超声电机关键问题之一。
　　 以单振子激励面内行波型旋转超声电机为研究对象，指出了该电机在夹持方面的不足，并从定子结构及振型方面提出了改进方案。利用ANSYS软件对定子的结构尺寸进行了再设计，在灵敏度分析的基础上提出了模态频率一致性的调节方法。样机的实验研究表明：上述方法能对定子两相频率的一致性进行有效调节；改进后的电机在最高转速、稳定性等方面得到了提升。在此基础上，为了寻找满足设计要求的结构尺寸最优解，利用APDL编制程序在仿真层面对该电机进行了多目标优化。计算结果表明总目标函数最终稳定收敛到一个较小的极值，多数子目标函数得到了不同程度的优化。
　　 基于圆环面内行波，提出了一种驱动小型履带车的压电执行器。简要介绍了该执行器的工作机理、结构及工作振型的设计情况。利用ANSYS软件进行了仿真，同时确定了执行器的结构尺寸。原理样机的模态实验表明实际振动频率与仿真结果较吻合。将该压电执行器应用在小型履带机器人上可以使之缓慢爬行，该执行器有望在进一步优化后用于行星探测车上。