基于面内弯曲模态直线超声电机振子研究

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1、第30卷第6期压电与声光Voj．3ONo．62008年127tPIEZOELECTECTRICS&ACOUSTOOPTICSDec．2008文章编号：1004—2474(2008)06—0696—03基于面内弯曲模态直线超声电机振子研究刘仁鑫～，张铁民，秦勇(1．江西农业大学工学院，江西南昌330045；2．华南农业大学工程学院，广东广州510642)摘要：提出了一种矩形振子面内弯曲模态直线超声电机，分析了振子面内弯曲模态的激发原理及电机的驱动机理。运用动力学分析法，建立了矩形振子的动力学模型，分析讨论了振子结构参数及弹性体材料对振子模态频率的影响，

2、并进行了相应的扫频实验研究。动力学计算与实验测试结果比较表明，在自由边界条件下，理论分析结果与实测结果基本一致，研究结果为利用面内模态直线超声电机的设计提供了依据。关键词：直线超声电机；矩形振子；面内振动；弯曲模态中图分类号：TM359．4；TB122文献标识码：AResearchontheActuatorforaLinearUltrasonicMotorBasedonIn—planeBendingModesLIURen—xin～．ZHANGTie-min．QINYong(1．CollegeofEngineering，JiangxiAgricultu

3、ralUniversity，Nanchang330045，China；2．CollegeofEngineering，SouthChinaAgriculturalUniversity．Guangzhou510642，China)Abstract：AlinearultrasonicmotorbasedOnthetwodifferentin—planebendingmodesofrectangularactuatorwerepresented．Theoperatingprincipleandtheexcitationoftheworkingvibratio

4、nmodesforthemotorwereana—lyzedanddiscussed．Thedynamicalmodeloftherectangularactuatorforthemotorwasestablished．Basedonthevibrationmodeanalysis，theeffectofmotorstructuralparametersonmodefrequencieswasdiscussed．Itshowedthattheelasticmaterialsanditsheighthadmuchmoreeffectsonthemode

5、frequency．Consequently，theresultsfromdynamicalanalysiscalculationandthosefromsweepingexperimentsshowedanagreement，whichprovedthefeasibilityofusingdynamicalanalysismethodologyinthedesignforthelinearultrasonicmotorusingin—planeben—dingvibrationmodes．Keywords：linearultrasonicmotor

6、；rectangularactuator；inplanevibration；bendingmodes直线超声电机是近年来发展较快的一类超声电l电机驱动机理机，它在直线运动方面，有许多优于旋转电机的特电机采用矩形压电复合板作驱动振子，驱动振点，特别在微小型、精密定位、小功率驱动等方面的子由金属弹性体和压电陶瓷(PZT)粘结而成，上层应用具有明显的优越性。它已成功应用于高精度仪为压电陶瓷，且划分为2个分区，并沿厚度方向极器设备、数据处理装置(如X—Y记录仪)、汽车、国防化；下层为金属弹性体，它与压电陶瓷通过ESP108等领域。近年来，直线超声电机的研究较

7、多¨l。，其环氧胶粘接在一起构成全电极。其在弹簧预紧力的中板的面内模态直线超声电机，由于结构简单、设计作用下，夹紧于两导轨之间。在压电振子的两个分灵活、应用方便而倍受关注。，但大多集中在运动区分别接相位差为90。的高频激励信号，由于压电机理及应用的研究上，而很少专门针对其压电振子陶瓷的逆压电效应，在矩形压电复合层板面内产生进行系统研究。本文利用动力学方法，对矩形压电两种不同的弯曲振动模态(见图1(a)、(b))，两种模复合板面内弯曲模态的直线超声电机振子进行研态的合成，使其在与导轨的接触质点(P与P)形成究，探讨其材料结构参数对电机振子谐振频率和振对

8、称椭圆运动轨迹(见图1(c))，在预紧力作用下，型的影响以及实现面内两种弯曲振动模态合成的一接触质点与导轨问