懸臂彎振換能器式圓筒型行波超聲電機的研究.pdf

1、超聲電機是最近三十年發(fā)展起來的一種新型的驅(qū)動器，其工作原理是利用壓電陶瓷的逆壓電效應，將材料的微觀變形通過共振放大和摩擦運動轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)子的宏觀運動。由于超聲電機具有結(jié)構(gòu)簡單、設計靈活、低速大轉(zhuǎn)矩、響應快、無電磁干擾等優(yōu)點，受到國內(nèi)外研究者的廣泛關注，其中對行波超聲電機的研究最多，并且應用最廣。
　　本文介紹了一種新型結(jié)構(gòu)的行波超聲電機，采用夾心式彎振換能器對壓電陶瓷產(chǎn)生的超聲振動進行放大，通過懸臂將放大后的振動傳遞到定子圓筒上，定子

2、圓筒上有起進一步振幅放大作用的齒，這些齒在定子圓筒產(chǎn)生的行波作用下，生成橢圓形軌跡，驅(qū)動轉(zhuǎn)子產(chǎn)生宏觀運動。本文介紹的行波超聲電機具有以下特點：1、采用夾心換能器激發(fā)圓筒的彎振模態(tài)，能量密度高；2、將定轉(zhuǎn)子之間的動態(tài)點面接觸改為線面接觸，增大接觸面積，提高輸出力；3、采用壓電陶瓷的d33模式，可以提高機電轉(zhuǎn)化效率。
　　本文還設計了與圓筒型超聲電機定子配套的圓柱形轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子可以實現(xiàn)定子與轉(zhuǎn)子之間預緊力的調(diào)節(jié)，可以對定子與轉(zhuǎn)子之間的

3、間隙自動補償，解決了圓筒型超聲電機工作時由于摩擦使得定子與轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生間隙的問題。
　　本文首先對換能器式圓筒型超聲電機的基本結(jié)構(gòu)進行介紹，并對圓筒型定子進行理論分析，推導出了彈性體中彎曲行波的方程，在理論層面驗證該結(jié)構(gòu)電機的可行性。接著本文以理論計算得到的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)為基礎，采用有限元分析軟件 ANSYS10.0設計了振動模態(tài)相互匹配的圓筒型超聲電機定子和換能器。然后在此基礎上，對超聲電機進行整體建模，通過模態(tài)分析，得到整個超聲