雙向運動復合材料超聲直線電機的工作機理及優(yōu)化.pdf

1、超聲電機是以超聲振動為動力源的一種驅動裝置，通常由形成超聲振動的振子（定子）和與振子相接觸的部件（轉子）構成。這種電機利用壓電材料的逆壓電效應所產(chǎn)生的超聲振動來進行電能和機械能的轉換，采用合理結構，并將材料的微觀變形通過共振放大和摩擦耦合轉換成轉子或者滑塊的宏觀運動。超聲波電機具有不受磁場干擾、結構簡單、質量輕、功率密度大、低速大轉矩、精確定位、動作響應快等特性，有著廣闊的應用前景。 已開發(fā)出的超聲波電機形式各異，功能干差萬別，

2、但其關鍵部件--彈性振動體大多采用各向同性材料制造。在各向同性彈性振動體內，要產(chǎn)生導致電機運動的所謂“橢圓運動”必須利用振動模式組合或激振點的空間分布，致使電機結構復雜，增加系統(tǒng)設計和調試的難度。本文的重點對復合材料彈性振動體的動力學特性進行了詳細分析，利用各向異性復合材料作為振動體，研制了復合材料超聲直線電機樣機，并就其工作機理、振動模態(tài)、諧振響應及瞬態(tài)響應、結構優(yōu)化等進行了仿真和實驗。 本文以碳纖維增強型復合材料振動體CFR

3、P（Carbon Fiber Reinforced Plastics）的解析模型為依據(jù)，利用有限元分析方法，在ANSYS有限元軟件的平臺上分別建立了壓電晶片和CFRP復合材料振動體的有限元模型。分析了壓電晶片的逆壓電效應，得出其輸出位移并確定了其最佳厚度。對CFRP振動體進行模態(tài)分析，證明其在B（1，1）下具有最簡振動模態(tài)，且存在振型相同、方向相反的兩個簡并的B（1，1）模態(tài)。分析CFRP振子內部變形及應力傳遞，證明其在這兩個模態(tài)下具有