彎扭復(fù)合模態(tài)超聲電機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超聲波電機(jī)是一種典型的振動(dòng)學(xué)、材料學(xué)、物理學(xué)等多個(gè)學(xué)科綜合的超聲驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其高精度、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)使其在很多領(lǐng)域有較好的應(yīng)用價(jià)值。目前我國(guó)的超聲波電機(jī)普遍存在輸出效率較低、扭矩較小，壽命短等問(wèn)題，還沒(méi)能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
　　夾心式復(fù)合型駐波超聲電機(jī)多用于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，因其結(jié)構(gòu)靈活、輸出力矩大、速度高等特點(diǎn)，是近年來(lái)超聲電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。復(fù)合型駐波超聲電機(jī)多利用壓電陶瓷的d33模式或d15模式，要求壓電陶瓷具有盡量高的壓電常數(shù)和機(jī)電

2、耦合系數(shù)，高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm和低介質(zhì)損耗因數(shù)tan等特點(diǎn)。
　　切向極化的扭振壓電陶瓷，采用平面切變d15模式，具有壓電應(yīng)變常數(shù)較大，機(jī)電耦合系數(shù)k15較高等諸多優(yōu)點(diǎn)，直接用于驅(qū)動(dòng)，輸出能力更優(yōu)，較適合在駐波型直線超聲電機(jī)中應(yīng)用。然而其在超聲電機(jī)中應(yīng)用研究還相對(duì)較少，尤其是對(duì)于彎振模態(tài)和扭振模態(tài)復(fù)合型的超聲電機(jī)還很少見(jiàn)，因此本文提出了一種彎振模態(tài)和扭振模態(tài)復(fù)合型的超聲電機(jī)新構(gòu)型。彎振模態(tài)采用厚度伸縮的d33模式用于提供正壓力，扭振

3、模態(tài)采用平面切變的d15模式，直接用于驅(qū)動(dòng)，使得電機(jī)在驅(qū)動(dòng)效率和驅(qū)動(dòng)輸出能力上具有很大的優(yōu)勢(shì)。
　　首先對(duì)彎扭復(fù)合模態(tài)超聲電機(jī)構(gòu)型進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)壓電陶瓷的極化和安裝布置進(jìn)行研究，對(duì)彎扭復(fù)合型超聲電機(jī)的橢圓軌跡形成和驅(qū)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行分析。對(duì)電機(jī)各部分的選材以及等效電路模型進(jìn)行了研究，導(dǎo)出扭振共振頻率方程，然后以此為基礎(chǔ)，建立電機(jī)的有限元模型，選擇電機(jī)合適的振型模態(tài)，通過(guò)變幅桿加等截面驅(qū)動(dòng)足的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)彎扭模態(tài)的頻率簡(jiǎn)并，通過(guò)瞬態(tài)分析對(duì)定