新型行波壓電超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)研究及理論分析.pdf

1、超聲電機(jī)作為一種全新的驅(qū)動器，它是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)化成超聲頻域的微觀振動，進(jìn)一步通過摩擦或聲懸浮驅(qū)動轉(zhuǎn)子作宏觀轉(zhuǎn)動的一種新型固態(tài)驅(qū)動器。超聲波電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快、低速時(shí)輸出大轉(zhuǎn)矩、斷電自鎖以及無磁場干擾等優(yōu)點(diǎn)受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，其中行波型行電機(jī)以其控制性能良好和結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點(diǎn)尤為引人注目。在許多領(lǐng)域中得到了實(shí)際應(yīng)用，特別是在航空航天領(lǐng)域有著非常美好的應(yīng)用前景。然而，由于發(fā)展歷史較短，目前的超聲波電機(jī)的研究多為實(shí)

2、驗(yàn)研究，在理論研究方面還處于起步階段。本文設(shè)計(jì)了一種柱面行波超聲波電機(jī)，具有輸出力矩大,轉(zhuǎn)速平穩(wěn),波動較小等突出優(yōu)點(diǎn)，在閱讀和分析了大量國內(nèi)外有關(guān)參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，做了以下研究工作：
　　給出了該電機(jī)定子上壓電陶瓷的極化、分布及驅(qū)動方式，設(shè)計(jì)了電機(jī)的固定及施加預(yù)緊方式。采用有限元分析軟件ANSYS9.0對壓電陶瓷和殼體構(gòu)成的定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析，確定電機(jī)定子各尺寸參數(shù)，基于振動理論推得了定子齒的橢圓運(yùn)動軌跡。
　　同時(shí)設(shè)計(jì)

3、了微米級調(diào)節(jié)定轉(zhuǎn)子之間預(yù)緊力的預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)超聲電機(jī)微幅振動的需要。為保證定轉(zhuǎn)子之間的均勻接觸，采用薄壁環(huán)節(jié)固定電機(jī)定子的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。
　　通過理論分析，設(shè)計(jì)出超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)，并對樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析與測試，分析了影響超聲波電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的原因，并測試了無負(fù)載時(shí)樣機(jī)的速度與頻率、驅(qū)動電壓的關(guān)系，驗(yàn)證了理論分析的正確性和可靠性，研制的電機(jī)驅(qū)動面所在處的直徑為Φ76mm，樣機(jī)重量為1.35kg，堵轉(zhuǎn)輸出轉(zhuǎn)矩可達(dá)1.8N·m，無負(fù)載最大轉(zhuǎn)速64r