新型直線超聲電機(jī)的研究及其在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中的應(yīng)用.pdf

1、直線超聲電機(jī)具有直接輸出推力、無(wú)電磁干擾、定位精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活等特點(diǎn)，這使得它在近些年得到了快速的發(fā)展，并在微小型精密驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中發(fā)揮著日益顯著的作用。目前，在德國(guó)、日本、美國(guó)、以色列等國(guó)家，直線超聲電機(jī)正朝著產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，且其產(chǎn)品逐步在某些高、精、尖技術(shù)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。我國(guó)的直線超聲電機(jī)研究工作剛剛開(kāi)始，尚沒(méi)有國(guó)產(chǎn)直線超聲電機(jī)產(chǎn)品出現(xiàn)。國(guó)外該類(lèi)低端產(chǎn)品已進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，但其價(jià)格昂貴，高端產(chǎn)品也限制對(duì)我國(guó)出口。為此，加大直線超聲

2、電機(jī)的研究和開(kāi)發(fā)力度，加速直線超聲電機(jī)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，將會(huì)有力的促進(jìn)我國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
　　 本課題在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“壓電精密致動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)研究”(No.50735002)和國(guó)家自然基金和廣東聯(lián)合基金項(xiàng)目“精密電子制造裝備關(guān)鍵理論與技術(shù)研究”(No.U0934004)的資助下，以研究和開(kāi)發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的直線超聲電機(jī)為目標(biāo)，開(kāi)展了直線超聲電機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)理、優(yōu)化設(shè)計(jì)、接觸動(dòng)力學(xué)模型、性能仿真、電機(jī)實(shí)驗(yàn)等方面的研究工作

3、，并把所研制的3種新型直線超聲電機(jī)在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中進(jìn)行了應(yīng)用嘗試，實(shí)現(xiàn)了大行程，高精度。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　 1、總結(jié)了直線超聲電機(jī)的特點(diǎn)，提出了新的分類(lèi)方法。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外直線超聲電機(jī)的研究歷程、應(yīng)用現(xiàn)狀和應(yīng)用前景的分析，指出了深入進(jìn)行直線超聲電機(jī)研究的必要性。
　　 2、根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的研究成果，對(duì)壓電陶瓷的性能指標(biāo)及其誘發(fā)應(yīng)變機(jī)制、橢圓運(yùn)動(dòng)的形成機(jī)理、直線超聲電機(jī)對(duì)壓電陶瓷、定子及動(dòng)子材料、摩擦材料的要

4、求等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。
　　 3、提出了一種利用同形彎振模態(tài)的輪式直線超聲電機(jī)的設(shè)計(jì)理論，并系統(tǒng)地分析了該種電機(jī)的工作機(jī)理。通過(guò)所研制的3種輪式直線超聲電機(jī)，總結(jié)了該種電機(jī)定子的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法和電機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。
　　 4、提出了一種具有三角形位移放大機(jī)構(gòu)的面內(nèi)模態(tài)直線超聲電機(jī)。系統(tǒng)的分析和闡述了該型電機(jī)的工作原理，動(dòng)力學(xué)特性和定子動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。三角形位移放大結(jié)構(gòu)的特別設(shè)計(jì)，使得該種電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，易于

5、小型化。
　　 5、提出了利用響應(yīng)面法對(duì)直線超聲電機(jī)定子進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，并應(yīng)用于蝶形直線超聲電機(jī)定子的優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，優(yōu)化后的電機(jī)滿(mǎn)足了多方面的設(shè)計(jì)要求：兩相工作模態(tài)頻率差較小(<100Hz)：定子驅(qū)動(dòng)足振幅較大(>2μm)：工作模態(tài)遠(yuǎn)離干擾模態(tài)(>1kHz)；定子支撐點(diǎn)振幅較小(<1μm)。
　　 6、建立了基于庫(kù)侖摩擦模型的駐波型直線超聲電機(jī)接觸動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)電機(jī)定、動(dòng)子之間的動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了研究。通過(guò)仿真，