双定子双转子杆式弯曲型超声波电机的研究

摘要

超声波电机(Ultrasonic Motor)，它是20世纪80年代发展起来的。超声电机作为一种微特新型的电机不同于传统电机，该电机是利用压电材料的逆压电效应来运行的。具体工作原理是利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体在超声频段内微幅振动。具体的说就是在压电振子（定子）上施加电能，压电材料会将电能转化为微幅振动（在超声频段内），再通过转子与定子之间的摩擦作用，这样就实现了振子由微幅振向转子宏观旋转（直线）运动的转换，进而进行功率的输出，负载的驱动。作为新型驱动器，超声波电机拥有许多优点，比如响应快、结构简单、噪音小、大力矩、低转速、断电自锁、无电磁干扰和便于控制驱动等，超声电机在微型机械、汽车工业、智能机器人、精密仪器和航空航天等领域都有涉及且有着广阔的发展空间也是因为拥有这些传统电机无法比拟的独特优势。 各种结构形式的超声波电机应运而生，满足在诸多领域的应用需求，人们把研究的重点放在了小型化和大力矩上。本文参考大量国内外研究文献后，以双定子多转子杆式弯曲型超声波电机为研究对象，对其运行机理、设计理论、电学匹配等进行了较为系统的研究，并将电机样机进行了加工装配。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1超声波电机研究的重要意义

1．2超声波电机的发展历程

1．2．1国外发展现状

1．2．2国内发展现状

1．3超声波电机的分类和特点

1．3．1超声波电机的特点

1．3．2超声波电机的分类

1．4超声波电机的应用

1．5杆式弯曲型超声波电机的研究现状

1．6本论文研究的主要内容

第2章杆式弯曲型超声波电机的运行机理

2．1压电陶瓷材料性质

2．1．1压电性

2．1．2介电特性

2．1．3压电方程

2．1．4压电振子振动模式

2．1．5压电陶瓷的其他参数

2．2梁弯曲固有振动及定子振动模型

2．2．1梁弯曲固有振动

2．2．2定子振动模型

2．3电机的运行机理

2．3．1定子端面行波的形成

2．3．2定子端面质点的运动轨迹

2．3．3有效的椭圆运动轨迹

2．4定子驱动面锥面驱动

2．4．1驱动面接触方式

2．4．2定子和转子间接触状态分析

第3章杆式弯曲型超声波电机结构设计及优化

3．1杆式弯曲型超声波电机的设计要求

3．2压电陶瓷片的选择与布置

3．3兰杰文振子结构设计

3．3．1兰杰文振子

3．3．2定子锥面锥角计算

3．4电机其他结构的设计

3．4．1电机转子结构设计

3．4．2电机预紧结构设计

3．5电机定子结构参数敏感性分析

3．5．1 ANSYS的概率分析功能

3．5．2敏感性分析

3．6电机整体结构

第4章杆式弯曲型超声波电机的有限元分析

4．1超声波电机的主要研究方法

4．2定子参数及有限元模型建立

4．3定子模态分析

4．3．1定子模态分析方程

4．3．2模态分析方法及步骤

4．3．3定子模态分析结果

4．4转子模态分析

4．5定子谐响应分析

4．5．1定子谐响应分析步骤

4．5．2谐响应分析结果

第5章超声波电机的电学匹配及样机试制

5．1超声波电机的等效电路模型

5．2电学匹配方法

5．3超声波电机驱动方案选择

5．4超声波电机样机试制

5．4．1样机制作工艺流程

5．4．2样机整机安装

第6章结论与展望

6．2展望

参考文献

致谢