多行波金屬管式超聲電機研究.pdf

1、彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機是一種行波型超聲電機，在航空航天、機器人、精密儀器以及汽車工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。已有彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機，定轉(zhuǎn)子處于單個小區(qū)域接觸狀態(tài)，限制了電機的性能輸出。為達到改善電機特性的目的，本文提出了一種定轉(zhuǎn)子接觸狀態(tài)為三小區(qū)接觸的多行波金屬管式超聲電機。
　　基于自由-自由等截面鐵摩辛柯梁的振動理論，推導(dǎo)出計及轉(zhuǎn)動慣量與剪切變形的彎曲振動梁共振頻率的解析公式，擴展了公式的適用范圍。通過有限元仿真及樣機的實例驗證，證

2、明了該公式可以用于徑長比小于1的柱狀定子彎曲振動共振頻率的計算。在此基礎(chǔ)上，提出了振動特征曲線的概念，舉例說明振動特征曲線的應(yīng)用，為彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機柱狀定子的設(shè)計與振動特性研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　研制出一種利用柱狀定子CB（1，3）振動模態(tài)、粘貼12片壓電陶瓷片的多行波金屬管式超聲電機，該樣機定子外徑42mm，內(nèi)徑34mm，長44mm。提出了用12分區(qū)激勵方案，在定子端面圓周上激發(fā)出一個波數(shù)為3的行波，定子以3個波峰同時與轉(zhuǎn)子接

3、觸驅(qū)動。測試了定子的振動模態(tài)與樣機的負載特性，結(jié)果表明，定子為CB（1，3）振動模態(tài)，樣機的工作頻率為29.90kHz，在激勵電壓峰峰值為250V，預(yù)壓力為7N時，樣機的空載轉(zhuǎn)速為280r/min，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為62.5mN·m。
　　推導(dǎo)出粘貼壓電片式定子的力系數(shù)計算公式，得出了定子輸入激勵電壓與端面輸出力間的函數(shù)關(guān)系。繪制出定子一階彎曲振動時振型函數(shù)與應(yīng)變曲線，得出壓電陶瓷片位于定子一階彎曲振動波腹處為最佳貼片方式。建立了金屬管式