復合材料超聲直線電機及其驅(qū)動源研究.pdf

1、超聲波電機作為一種新型的微致動器自誕生之日起就一直受到科技界和工程界的廣泛關(guān)注。超聲波電機突破了傳統(tǒng)電機的概念，沒有磁極繞組，不依靠電磁介質(zhì)傳遞能量，而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應和彈性體產(chǎn)生的超聲振動，將彈性定子的微觀變形通過共振放大和摩擦耦合轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子或滑塊的宏觀運動，具有低速大轉(zhuǎn)矩、響應速度快等特點，有著廣闊的應用前景。 超聲波電機的研究一直致力于新原理、新結(jié)構(gòu)的探索，已開發(fā)出的超聲波電機形式各異，功能干差萬別，但其關(guān)鍵部件

2、——彈性振動體大多采用各向同性材料制造。在各向同性彈性振動體內(nèi)，要產(chǎn)生導致電機運動的所謂“橢圓運動”必須利用振動模式組合或激振點的空間分布，致使電機結(jié)構(gòu)復雜，增加系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的難度。本文利用各向異性復合材料做為振動體，研制了一臺復合材料超聲直線電機，并就其致動機理、振動模態(tài)、驅(qū)動源設(shè)計等進行了理論和實驗研究。 論文以各向異性復合材料振動體的振動解析為基礎(chǔ)，從振動體的微觀受力分析角度解釋了復合材料超聲直線電機的致動機理；利用有限

3、元分析方法建立了碳纖維增強型復合材料CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)振動體的有限元分析模型，分析了復合材料超聲直線電機的振動模態(tài)，證明了電機在B(1，1)下具有最簡振動模態(tài)，且有兩個簡并的B(1，1)固有諧振頻率，其等效應力分布呈現(xiàn)出明顯的反向性，為電機振動體及其驅(qū)動源設(shè)計提供了理論依據(jù)；通過動態(tài)仿真變形對比，指出欲使正反向運動速度都有較大的調(diào)節(jié)范圍，CFRP的纖維角應取45°左右；根據(jù)復合材料