行波型超声波电机振动分析与实验分析

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1、摘要论文题目：行波型超声波电机振动分析与实验研究博士研究生：莫岳平博士生导师：胡敏强所在学校：东南大学超声波电机是利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能直接转变成机械振动能的一种驱动装置。具有结构简单、可直接驱动、响应速度快、控制精度高等特点，因而有着十分广阔的应用前景。论文选择应用前景较好的大直径环形行波型超声波电机和近几年发展起来的小直径柱体行波型超声波电机为研究开发对象，运用超声波电机振动理论和振动有限元分析方法，围绕电机设计方法、结构优化、性能提高和实用产品开发进行了系统研究。主要内容和研究成果如下：分析了环形行波型和柱体

2、行波型超声波电机的结构特点和运行机理，证明了柱体行波型超声波电机定子表面质点椭圆运动的存在。应用梁振动理论对环形和柱体型超声波电机的振型进行了分析计算。研究了剪切变形与转动惯量对电机振动特性的影响。介绍了超声波电机振动分析方法，给出了振动模态有限元分析过程。研究了振动模态对超声波电机运行性能的影响。分析了定子支撑对电机振动模态和对应谐振频率的影响。采用均压运行定转子接触模型，对转子结构进行了优化设计，并使用蝶簧等措施，实现了电机的均压运行，提高了电机的输出性能和运行稳定性。介绍了超声波电机的控制、调速方法和驱动控制电路。设计

3、并制作了直径100mm大扭矩均压行波型超声波电机样机、可用于汽车车窗玻璃升降的超声波电机驱动装置，以及可用于导弹导引头装置的15mm柱体型超声波电机样机。关键词：行波型超声波电机，振动分析，有限元法，优化设计，实用产品开发——————————．查堕查兰堡!：兰些堡兰ABSTRACTUltrasonicmotoristhedrivingsetusingconversepiezoelectriceffectofpiezoelectricceranfic·Itpossesfeaturessuchassimplestructure，

4、largetorqueoutput，directdriving，quickresponse，highcontrolaccuracy,etc．ThemaincontentsandachievementsofthepaperareasfollowsThestructurecharacteristicandoperationmechanicsofring-typeandcylindrical-typetravelingwaveUSMareanalyzed．Theellipticmovementofparticleonthestat

5、orsurfaceofcylindrical-typetravelingwaveUSMisproved．Usingbeamvibrationtheories，thevibrationmodeandvibration&equencyofring-typeandcylindrical-typetravelingwaveUSMarecalculated．TheeffectofcuttingtransmutationandmomentofinertiatothevibrationcharacteristicofUSMisinvest

6、igated．TheFEMmethodanalysisonmodeofvibrationofUSMisintroduced．TherelationbetweenvibrationmodeandoutputperformanceofUSMisresearched．UsingFEM，theinfluenceofstator’Sshoeplatetomotor’Svibrationmodeandresonantfrequencyarestudied．Therotorisdesignedbyusingpressure-equaliz

7、ingcontactmodelofrotorandstator．Alsothebutterflyreedisapplied．Thereforethemotor’Sperformanceisimprovedgreatly．Thecontrolling，speedregulationtechniqueanddrivingcircuitofUSMareintroduced．1OOmmindiameterlargertorquepressure—equalizingtravelingwave-typeUSMprototype，the

8、setusedforup‘and—downmovementwithnonoiseofcar’Swindowglassand15mmshortcylindricaltypetravelingwaveUSMprototypeusedforpreciseorientationofmissile’