超聲波電機(jī)定子的壓電耦合運(yùn)動(dòng)分析.pdf

1、超聲波電機(jī)是一種新型電機(jī)，利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)激發(fā)超聲振動(dòng)，借助彈性體諧振放大，通過摩擦耦合產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)，具有低轉(zhuǎn)速、大力矩、電磁兼容性好及斷電自鎖等特點(diǎn)，在微機(jī)電系統(tǒng)、航空航天、醫(yī)療等對(duì)磁場(chǎng)敏感或有高定位精度要求的領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本文基于有限元分析方法，針對(duì)小型行波超聲波電機(jī)定子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)定子振動(dòng)模態(tài)、定子結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和定子齒端面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行研究，具體內(nèi)容如下：
　　 1.概述了與本文

2、研究相關(guān)的基礎(chǔ)內(nèi)容，包括壓電耦合效應(yīng)、壓電材料參數(shù)、超聲波電機(jī)結(jié)構(gòu)、定子結(jié)構(gòu)以及定子固有振動(dòng)頻率等。
　　 2.介紹了利用ANSYS進(jìn)行壓電耦合分析的注意問題，通過壓電雙晶片的耦合分析驗(yàn)證有限元方法的準(zhǔn)確性。分析了行波的產(chǎn)生機(jī)理和定子表面波的特點(diǎn)，改變壓電雙晶片結(jié)構(gòu)并施加兩相諧波電壓載荷獲得行波運(yùn)動(dòng)。
　　 3.以RTWUSM60為例，將定子分為簡(jiǎn)化定子和有齒定子兩種模型，從理論上推導(dǎo)了不同模型下表面質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程。

3、分別建立有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。模態(tài)分析獲得定子的最佳振動(dòng)模態(tài)；諧響應(yīng)分析獲得定子表面質(zhì)點(diǎn)幅頻響應(yīng)曲線；瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析則得到定子表面質(zhì)點(diǎn)的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律。分析結(jié)果證明定子齒具有振動(dòng)放大作用，定子表面質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓。
　　 4.通過改變50mm直徑模型的壓電材料和齒形結(jié)構(gòu)參數(shù)，討論了壓電材料和齒結(jié)構(gòu)對(duì)固有振動(dòng)頻率的影響，分析了齒端面質(zhì)點(diǎn)振幅沿定子徑向的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上研究了壓電材料和定子