大力矩高精度驱动技术研究

【摘要】：大力矩精密驱动技术是一项与许多生产实践都密切相关的高新技术,是现代制造业最前沿领域的基础和关键技术之一,在航空航天、精密机械、精密加工等领域都有广阔的应用前景。超声电机具有低速大扭矩、高精度、响应快等特点,因而可以作为直接驱动设备的动力源。行波型超声电机利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转换为机械振动能,使定子产生谐振,通过摩擦耦合来驱动转子及负载。本文的研究对象主要是环形行波型超声电机,围绕行波型超声电机及电机定子的设计展开研究工作。 论文以某研究所工程项目为任务背景,开展超声电机驱动技术研究,通过对超声电机行波的产生条件及其运行机理的分析,初步确定了电机的结构。 论文简要介绍了超声电机定子的等效电路模型及其频率解析法,利用ANSYS有限元分析软件,建立了电机定子的有限元模型,分析了定子弹性体各种齿形参数对定子固有频率的影响。结果表明,定子齿高、齿宽、齿数以及基底厚度对固有频率均有较大影响。通过谐响应分析,证明了定子齿对振幅确有放大作用。 论文对不同压电陶瓷片厚度的定子模型进行了分析计算,在考虑压电陶瓷压电效应的基础上,对压电片厚度进行了优化设计,为超声电机定子的优化设计提供了理论依据。 论文通过模态分析,获得了电机定子的各阶模态振型及其固有频率,并确定该了电机的最优模态。 论文对定、转子接触面形状进行了分析,结果表明,定、转子接触面成锥状结构可以有效减小弯曲效应的影响。在优化设计的基础上,制作了用于实验的超声电机样机。