一種縱彎復合單驅動足超聲波電機的研究.pdf

1、超聲波電機（USM）是近幾十年發(fā)展起來的新型特種微電動機，具有低速轉矩大、力矩密度高、響應速度快、無電磁噪聲、電磁兼容性（EMC）好、耐低溫、真空、適合太空環(huán)境等特點。超聲波電機主要利用的是壓電材料（如PZT）的逆壓電效應，將輸入的電能轉化為輸出所需的機械能，輸出功率，驅動負載。
　　本文提出了一種新型的縱彎復合單驅動足超聲波電機，并設計了其中的壓電振子的極化方向和電路連接。該縱彎復合單驅動足超聲波電機是由縱振壓電振子和彎振壓電振

2、子共同驅動的，其分別利用了壓電材料的d33模式和d31模式，是超聲波電機分別實現(xiàn)縱向振動和彎曲振動兩種振動狀態(tài)，實現(xiàn)驅動足的以橢圓軌跡運動。
　　本文主要針對縱彎超聲波電機的各部分結構進行了有限元分析。將變幅桿的結構選擇為指數(shù)型變幅桿，提出了變幅桿桿長表達式。本文建立了驅動足的有限元模型，并在驅動足的加載區(qū)域加載X軸和Y軸方向上的簡諧振動，并得到驅動面的五個質(zhì)點輸出響應。
　　本文對縱彎復合單驅動足超聲波電機的十個結構參數(shù)進

3、行了靈敏度分析：變幅桿的長度L1，變幅桿基座長度L2，壓電振子的厚度tp，法蘭盤的厚度L3，后端蓋的長度L4，壓電振子、法蘭盤和后端的橫截面尺寸一致，寬度為A2，厚度為B2，驅動足的寬度q1，變幅桿寬度變化系數(shù)，變幅桿厚度變化系數(shù)。得到不同參數(shù)對電機的縱振模態(tài)、彎振模態(tài)以及頻率差值的影響，并進行了縱彎簡并，得到了理想的結構參數(shù)。對縱彎復合單驅動足超聲波電機的振動特性進行了分析，利用諧響應分析得到驅動足Y軸方向和X軸方向的位移-頻率曲線并

4、進一步優(yōu)化了結構參數(shù)，通過瞬態(tài)分析得到驅動足Y軸方向和X軸方向位移-時間曲線，進而得到驅動足的運動軌跡。
　　本文建立了縱彎復合單驅動足超聲波電機的接觸模型。分析了驅動足的運動軌跡、切向運動和法向運動，對驅動足與動子之間的接觸力進行分析，得到摩擦層對驅動足的法向接觸力的表達式，預壓力關于接觸角的表達式。對驅動足與動子之間的接觸力進行了分析，得到了不同接觸角下的摩擦力的表達式。對動子的受力進行了分析，得到了在不同的接觸角下的負載的大