雙向運(yùn)動(dòng)復(fù)合材料超聲直線電機(jī)的工作機(jī)理及優(yōu)化.pdf

1、超聲電機(jī)是以超聲振動(dòng)為動(dòng)力源的一種驅(qū)動(dòng)裝置，通常由形成超聲振動(dòng)的振子（定子）和與振子相接觸的部件（轉(zhuǎn)子）構(gòu)成。這種電機(jī)利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)所產(chǎn)生的超聲振動(dòng)來進(jìn)行電能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，采用合理結(jié)構(gòu)，并將材料的微觀變形通過共振放大和摩擦耦合轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子或者滑塊的宏觀運(yùn)動(dòng)。超聲波電機(jī)具有不受磁場干擾、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、功率密度大、低速大轉(zhuǎn)矩、精確定位、動(dòng)作響應(yīng)快等特性，有著廣闊的應(yīng)用前景。 已開發(fā)出的超聲波電機(jī)形式各異，功能干差萬別，

2、但其關(guān)鍵部件--彈性振動(dòng)體大多采用各向同性材料制造。在各向同性彈性振動(dòng)體內(nèi)，要產(chǎn)生導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)動(dòng)的所謂“橢圓運(yùn)動(dòng)”必須利用振動(dòng)模式組合或激振點(diǎn)的空間分布，致使電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的難度。本文的重點(diǎn)對(duì)復(fù)合材料彈性振動(dòng)體的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了詳細(xì)分析，利用各向異性復(fù)合材料作為振動(dòng)體，研制了復(fù)合材料超聲直線電機(jī)樣機(jī)，并就其工作機(jī)理、振動(dòng)模態(tài)、諧振響應(yīng)及瞬態(tài)響應(yīng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)。 本文以碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料振動(dòng)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(tái)上分別建立了壓電晶片和CFRP復(fù)合材料振動(dòng)體的有限元模型。分析了壓電晶片的逆壓電效應(yīng)，得出其輸出位移并確定了其最佳厚度。對(duì)CFRP振動(dòng)體進(jìn)行模態(tài)分析，證明其在B（1，1）下具有最簡振動(dòng)模態(tài)，且存在振型相同、方向相反的兩個(gè)簡并的B（1，1）模態(tài)。分析CFRP振子內(nèi)部變形及應(yīng)力傳遞，證明其在這兩個(gè)模態(tài)下具有