复合振子型直线超声电机的研究

【摘要】：本研究主要完成了以下工作： 1、概述了直线型超声电机的运动机理和特点，分类总结了国内外行波型、驻波型、复合振子型、仿生步进式四类典型直线型超声电机的发展及其研究现状，指出了直线型超声电机在理论建模、运动控制、工程应用等方面存在的问题及研究内容，明确了超声电机的发展方向。 2、分析了压电陶瓷实现电能到机械能转换的工作机理，证明了复合振子的变形量为压电陶瓷自由变形量的一半时，可转换出的机械能为最大，推导出了压电片和弹性体的厚度之比约等于相应弹性模量反比的规律。对定动子的驱动原理进行了分析，探讨了椭圆运动的形成及影响因素。 3、设计开发了一种哑铃形的直线复合型超声电机，采用有限元分析法，研究了定子各部分尺寸对定子模态频率的影响规律，确定出了相应的谐振频率，给出了定子设计的基本方法和步骤。利用谐响应分析法，对设计的定子进行了激振对比试验，找到了电极片的配置规律，仿真演示了定子的运动轨迹，发现了影响定子谐振的一些因素，验证了所设计超声电机的可行性。 4、基于假设振型法，利用分析动力学的Lagrange方程，建立了基于压电陶瓷诱发应变激振的超声电机复合定子的机电耦合动力学模型；根据等效电路的原则，求出了超声电机的等效电路模型；分析了定子预压力的特点及选择原则。 5、引入摩擦粘着理论，建立了复合型直线超声电机定子纵向振动基本模型和电机输出特性基本模型。研究了超声电机的传动特性与摩擦副材料的关系，提出了超声电机对摩擦材料的基本要求。