Φ45mm直径旋转行波超声电机的设计

45 mm直径旋转行波超声电机的设计

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摘要：超声电机是基于功能材料的新型电机。它利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体（定子）在超声频段内的微幅振动，通过定、转子（动子）之间的摩擦作用将振动转换成转子（动子）的旋转（直线）运动并输出功率、驱动负载。因其具有体积小、转速低、力矩大/质量比大、响应快、无噪声、不产生电磁干扰、不受电磁干扰等优良特性，因此，在航空航天、机器人、精密仪器仪表等许多重要领域内显示出广泛的应用前景。为了适应于工程上对超声电机的需求，本文设计的一种直径为45mm的旋转行波超声电机，完成了一下工作：
1．分析总结了超声电机技术的发展与现状,简介了超声电机的应用；
2．阐释了旋转行波超声电机的驱动机理，介绍了驻波产生机理，推导了定子弹性体的行波运动方程及其表面质点的椭圆运动方程；
3．利用理论推导与数值计算方法对定子的振动模态进行了分析，计算出了45mm直径超声电机B09工作模态的固定频率和振型；
4．设计出了直径为45mm的旋转行波超声电机的装配图和主要零件工作图。
5．编制完成定子的加工工艺。 [资料来源：http://think58.com]

关键词：超声电机，模态计算，设计技术,定子工艺。

Design of the traveling wave ultrasonic motor with diameter of 45mm
Student: Li Dongfei Class: 050313
Adviser: He Honglin
Abstract : The ultrasonic motor (USM) is a novel motor with completely new structure and new driving principle. As an new member of the motors, the USM makes use of the reverse piezoelectric effect of the piezoelectric ceramal to excite the stator elastomer of the motor to obtain micro-oscillation amplitude of the piezo-actuator at one of its resonant frequencies in the ultrasonic range, and turns the vibration into the revolving (or straight line) motion of the friction between the stator and rotor, out putting power and driving the loads. Of the characteristics of low mass, large output torque, high response speed, making no noise and no magnetic disturbance, the USM has been expected to use in many important fields. Just because of this, this theme launches a research on the design technique of the rotary traveling wave ultrasonic motor. It achieves the following achievements: [版权所有：http://think58.com]
1. The development of the ultrasonic motor has been summarized the application of the USM is also introduced.
2. The driving principle of the rotary traveling wave ultrasonic motor is explained and described.
3. The work vibration mode of the stator for the USM with diameter of 45mm is calculated by using the analysis theory and finite element method.
4. A rotary traveling wave ultrasonic motor with diameter of 45mm diameter has been designed.
5. Prepare the processing technic of importance spare parts.
Keywords: Ultrasonic motor, vibrating mode, design technique, processing technic 。

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目 录
1 绪论
1.1 超声电机技术的发展与现状 1
1.2 超声电动机的分类 4
1.3 超声电动机的特点和应用 5
1.3.1 超声电机的特点 5
1.3.2 超声电机的应用 7
1. 4 本文研究的目标和内容安排 8
2 旋转行波超声电机的运动传递原理
2.1引言 9
2.2 旋转型行波超声电机的工作原理及其基本结构 9
2.2.1 旋转行波超声电机的工作原理 9
2.2.2 旋转行波超声电机的结构 10
2.3旋转型行波超声电机的运动传递机理分析 11 [来源：http://think58.com]
2.3.1压电陶瓷的压电效应及压电振子 11
2.3.2弯曲驻波振动的产生 13
2.3.3弯曲行波运动形成及描述 13
2.3.4 压电陶瓷的极化配置及激励方式 16
2.3.5 定子表面质点的椭圆运动 18
2.4 本章小结 20
3 定子振动模态计算
3.1超声电机模态分析法 21
3.1.1解析法 21
3.1.2定子振动频率 21
3.1.3.定子振动振幅 22
3.2有限元分析法 24
3.2.1 ANSYS概要 24
3.2.2 定子模态分析与ANSYS计算 24
4 环形行波超声电机的设计
4.1超声电机设计方法 34
4.2综合设计 35
4.3超声电机的定子设计 36
4.3.1内外径的选择 36
4.3.2振动模态设计 37
4.3.3定子厚度设计 37
4.3.4定子齿设计 38
4.3.5定子支撑部设计 39
4.4环形行波超声电机转子的设计 39
4.5环形行波超声电机的设计 40
4.5.1 电机的装配结构 40
4.5.2定子基本参数的结构尺寸 40
4.5.3转子的设计 41
5 编制主要零部件的加工工艺
5.1 零件的材料与工艺分析 42
5.2 工艺规程设计 43
5.3 制定工艺路线 43
5. 4 刀具的选择及确定切削用量 45
6 全文总结
6.1 本文的主要工作 47
6.2工作展望 47
参考文献 48
致谢 49
附录 50