一種縱彎復(fù)合單驅(qū)動(dòng)足超聲波電機(jī)的研究.pdf

1、超聲波電機(jī)（USM）是近幾十年發(fā)展起來的新型特種微電動(dòng)機(jī)，具有低速轉(zhuǎn)矩大、力矩密度高、響應(yīng)速度快、無電磁噪聲、電磁兼容性（EMC）好、耐低溫、真空、適合太空環(huán)境等特點(diǎn)。超聲波電機(jī)主要利用的是壓電材料（如PZT）的逆壓電效應(yīng)，將輸入的電能轉(zhuǎn)化為輸出所需的機(jī)械能，輸出功率，驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
　　本文提出了一種新型的縱彎復(fù)合單驅(qū)動(dòng)足超聲波電機(jī)，并設(shè)計(jì)了其中的壓電振子的極化方向和電路連接。該縱彎復(fù)合單驅(qū)動(dòng)足超聲波電機(jī)是由縱振壓電振子和彎振壓電振

2、子共同驅(qū)動(dòng)的，其分別利用了壓電材料的d33模式和d31模式，是超聲波電機(jī)分別實(shí)現(xiàn)縱向振動(dòng)和彎曲振動(dòng)兩種振動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)足的以橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)。
　　本文主要針對(duì)縱彎超聲波電機(jī)的各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析。將變幅桿的結(jié)構(gòu)選擇為指數(shù)型變幅桿，提出了變幅桿桿長表達(dá)式。本文建立了驅(qū)動(dòng)足的有限元模型，并在驅(qū)動(dòng)足的加載區(qū)域加載X軸和Y軸方向上的簡諧振動(dòng)，并得到驅(qū)動(dòng)面的五個(gè)質(zhì)點(diǎn)輸出響應(yīng)。
　　本文對(duì)縱彎復(fù)合單驅(qū)動(dòng)足超聲波電機(jī)的十個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)

3、行了靈敏度分析：變幅桿的長度L1，變幅桿基座長度L2，壓電振子的厚度tp，法蘭盤的厚度L3，后端蓋的長度L4，壓電振子、法蘭盤和后端的橫截面尺寸一致，寬度為A2，厚度為B2，驅(qū)動(dòng)足的寬度q1，變幅桿寬度變化系數(shù)，變幅桿厚度變化系數(shù)。得到不同參數(shù)對(duì)電機(jī)的縱振模態(tài)、彎振模態(tài)以及頻率差值的影響，并進(jìn)行了縱彎簡并，得到了理想的結(jié)構(gòu)參數(shù)。對(duì)縱彎復(fù)合單驅(qū)動(dòng)足超聲波電機(jī)的振動(dòng)特性進(jìn)行了分析，利用諧響應(yīng)分析得到驅(qū)動(dòng)足Y軸方向和X軸方向的位移-頻率曲線并

4、進(jìn)一步優(yōu)化了結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過瞬態(tài)分析得到驅(qū)動(dòng)足Y軸方向和X軸方向位移-時(shí)間曲線，進(jìn)而得到驅(qū)動(dòng)足的運(yùn)動(dòng)軌跡。
　　本文建立了縱彎復(fù)合單驅(qū)動(dòng)足超聲波電機(jī)的接觸模型。分析了驅(qū)動(dòng)足的運(yùn)動(dòng)軌跡、切向運(yùn)動(dòng)和法向運(yùn)動(dòng)，對(duì)驅(qū)動(dòng)足與動(dòng)子之間的接觸力進(jìn)行分析，得到摩擦層對(duì)驅(qū)動(dòng)足的法向接觸力的表達(dá)式，預(yù)壓力關(guān)于接觸角的表達(dá)式。對(duì)驅(qū)動(dòng)足與動(dòng)子之間的接觸力進(jìn)行了分析，得到了不同接觸角下的摩擦力的表達(dá)式。對(duì)動(dòng)子的受力進(jìn)行了分析，得到了在不同的接觸角下的負(fù)載的大