一種新型直線(xiàn)超聲波電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模型研究.pdf

1、超聲波電機(jī)是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)能，并通過(guò)定、轉(zhuǎn)子間的摩擦接觸力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子或動(dòng)子作旋轉(zhuǎn)或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的新型驅(qū)動(dòng)器件。作為超聲波電機(jī)研究的一個(gè)重要分支——直線(xiàn)超聲波電機(jī)以其特有的優(yōu)點(diǎn)（如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、定位精度高、利于微型化等），在航空、醫(yī)療、軍事、汽車(chē)和機(jī)器人等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并引起了專(zhuān)家、學(xué)者的廣泛研究興趣。目前，直線(xiàn)超聲波電機(jī)主要集中在多模態(tài)直線(xiàn)超聲波電機(jī)研究上，這種電機(jī)采用多個(gè)模態(tài)作為電機(jī)的工作模態(tài)，

2、為使電機(jī)能夠產(chǎn)生橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，通常需要利用頻率調(diào)諧等方法將多個(gè)模態(tài)的諧振頻率調(diào)成一致或非常接近，這導(dǎo)致多模態(tài)直線(xiàn)超聲波電機(jī)對(duì)定子結(jié)構(gòu)的尺寸要求更高、設(shè)計(jì)靈活性差、安裝和設(shè)計(jì)更加復(fù)雜以及制作成本增加。另外，多模態(tài)直線(xiàn)超聲波電機(jī)對(duì)多個(gè)模態(tài)之間的相位關(guān)系要求嚴(yán)格，所以需要多個(gè)驅(qū)動(dòng)電路用以控制各個(gè)模態(tài)的調(diào)諧，因此其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。
　　論文提出了一種新型直線(xiàn)超聲波電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模型研究，主要研究?jī)?nèi)容分為三個(gè)部分:第一部分主要對(duì)新

3、型直線(xiàn)超聲波電機(jī)定子的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，運(yùn)用有限元軟件ANSYS對(duì)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體建模，得到了電機(jī)定子機(jī)電耦合有限元分析模型，基于該模型并對(duì)定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)、諧響應(yīng)和瞬態(tài)特性等進(jìn)行了分析，從而確定了電機(jī)定子的工作模態(tài)、工作頻率及其優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)。第二部分詳細(xì)分析了新型直線(xiàn)超聲波電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理;利用桿的一階振動(dòng)理論和梁的四階彎曲振動(dòng)理論建立了定子驅(qū)動(dòng)足在X和Y方向的振動(dòng)位移方程，并推導(dǎo)出定子驅(qū)動(dòng)足在理論上的橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，數(shù)值分析