umt60行波型超声电机定子模态分析

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1、业信中IttJ~类号：TM3文献标识码：A文章编号：1009—9492f2011)10—0035—03AModalAnalysisoftheStatorofUmt60UltrasoundMotorYANNa，CONGPei—qiang，LIFeng—chun，BAILian-Sheng(SchoolofMechatronicsEngineeringofUESTC，Chengdu611731，China)Abstract：Theoscillatorynatureofthestatoroftheultrasonicmotordeterminedthe

2、responseofthedynamicloading．Toumt60ultrasoundmotor，amodalanalyzingofthestatorcangetthevibrationcharacteristicssuchasinherentfrequencyandvibrationtype，whichprovideabasisforthevariousdynamicanalysisoftheultrasonicmotor．Keywords：UMT60；uhrasonicmotor；stator；ANSYS；modalanalysis1引言

3、于传统的电磁电机的切割磁力线原理。当在超声机械结构存在振动现象，振动会造成结构的电机定子的压电陶瓷上施加两相正交的正弦电压共振或疲劳，从而使结构遭到破坏。因此，了解信号时，电机定子会产生两个振幅相同、时间和结构本身具有的振动特性，可避免在使用中因共空间上都相差90。的驻波，这两个驻波合成便会在振因素造成的不必要的损失，并可以为其它的动定子上形成行波，行波在定子圆环上传播，通过力分析提供依据⋯。摩擦耦合作用驱动转子旋转并输出力矩[3]。其工模态分析就是用来确定结构的振动特性的一作原理示意图如图1所示。种方法，这些振动特性包括固有频率、振型、振周向预

4、压力型参与系数(即在特定方向上某个振型在多大程度上参与了振动)等。模态分析法通过对试验数据进行分析，将不同的固有频率剥离出来。对于一般结构，要求各阶模态频率远离工作频率，或工作频率不落在某阶模态的半功率宽带内E2]。2超声电机超声电机是一种全新概念的电机．它突破了传统电磁感应电机的概念，利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转换成定子的机械振动能，然后通图1UMT60行波超声电机工作原理图过定子和转子的摩擦耦合作用驱动转子旋转并输出转矩[3UMT60行波型超声电机定子结构UMT60行波型超声电机的驱动方式完全不同UMT60行波型超声电机是由产生超声振动行

5、收稿日期：2011-04—29丑业信息化波的定子和由于摩擦而产生回转运动的转子以及网格划分完成后，需要施加约束。这里，选中心轴组成。与定子相接触的转子表面上粘有摩择的约束方式是零位移约束。选择内径上的一个擦材料，转子通过周向预压力(锥形弹簧)被紧关键点作为欲施加位移约束的关键点。约束施加紧地压向定子。其定子是由环状弹性体和下粘的完成之后，可以进行模态分析的求解。经极化处理的压电陶瓷组成。定子弹性体结构如对于多自由度的情况．根据自由度的多少，图2和图3所示模态有不同的阶数．每一阶模态对应一个固有频率和振型。随着阶数的增加，固有频率增大。表1给出部分

6、阶数所对应的固有频率值。表1部分阶数对应的固有频率值kHz阶数频率阶数频率51．70795536．083104．19796037．385156．53626542．353图2定子正面图图3定子反面图2O10．70o7044．5892514．0587547．1l84UMT60行波型超声电机模态分析3O17．9228O50．772由于超声电机定子是带齿的、由复合材料构3521．6798552．667成的圆环结构，对它进行理论分析计算时，往往4025．0709O55．0584528．8949557．435需要进行一些简化，从而导致计算结果的刚度偏5O32

7、．8151o058．06O低，使理论分析模型难以模拟实际的情况。因而很难获得高的精度。而利用有限元分析方法进行其中，0～100阶的频率值增大情况如图6所建模，可模拟实际超声电机定子的振动和接触情不。况，能够获得定量化的分析结果[43。进行模态分析时，首先选用二十节点体三维单元SOLID186，这样不需要设置其厚度实常数。但考虑惯性力的静力分析中必须定义材料的弹性模量、泊松比和密度。在这里定子材料为黄铜．黄铜的弹性模量E为106GPa，泊松比为0．324，密度为8500kg／m。接下来对定子模型划分网格，网格划分完成后的图形如图4和图5所示图6前1

8、00阶频率图在0～100阶范围内，频率以平稳的速度增长。每一阶频率对应一个振型。图7一l4给出部分图4网格划分正面图图5网格划分反面图阶