基本尺寸相同的不同振子间频率一致性研究.pdf

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1、机械设计与制造第8期216MachineryDesign&Manufacture2013年8月基本尺寸相同的不同振子间频率一致性研究王宏祥，田东阁(辽宁工业大学振动工程研究所，辽宁锦州121001)摘要：双振子超声电机的两个振子在同频率下工作是最基本要求。但因制造误差及材料的不均匀往往导致两个基本尺寸相同的振子间存在频率差。应用有限元方法对振子进行了仿真，分析了振子各结构尺寸微变对其固有频率影响敏感度，得出振子频率对齿高变化的敏感程度最大。提出了通过再加工来调节振子频率的方法。以分析结果作为实验的依据，使两振子的频率差从调节前的1．280kHz变为调节后的0．060kHz。实验进一步证明

2、了该方法的有效性。关键词：超声电机；模态分析；固有频率中图分类号：TH16；TM33文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)08—0216—03DiferentOscillatorsFrenquencyConsistencyStudywiththeSameBasicSizeWANGHong-xiang，TIANDong-ge(InstituteofVibrationEngineering，LiaoningUniversityofTechnology，LiaoningJinzhou121001，China)Abstract：Workinginthesanl~frequency

3、isthebasicrequirementforthedouble-oscillators．Butaccordingtotheunifothism~terkdtheprocessingerror．thefrequencyofoscillatordiferenceisexisted．Itanalyzestheinfluenceofdiferentsizefortheoscillatorybythesoftwareoffiniteelement，andanalyzingthesizeoftheoscillatorissensitivetothefrequencydiference．Thefr

4、equencyoftheoscillatoristhemostsensitivetothesizeofthetooth．Itputsforwardthemethodbyreprocessingtoadjusttheoscillatorfrequency，andfrequencydiferenceofthesetwooscillatorschangesfromthepreviousadjustmentfrequency1．280kHzto0．060kHz．SoitCanfurtherenrichthetheoryofoscillator’S如s泓KeyWords：UltrasonicMot

5、or；ModalAnalysis；NaturalFrequency1引言超声电机(USM)是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，使振属弹性体子产生超声频振动，并通过振子、转子间的摩擦效应驱动转子的一种全新概念的微特电机。与传统的电磁电机相比，它具有结构简单、灵活、运动形式多样、断电自锁、惯性小、响应快、控制特性好、低速、扭矩／体积比大等优点『1。经典的旋转行波型超声波电图1振子结构示意图Fig．1DiagrammaticSketchofOscillator机，由一个振子、一个转子构成，摩擦驱动面为单个面，额定驱动力矩小，在一定程度上限制了其应用。因此，为了增大驱动功率，表1振子的主要结构参数有

6、越来越多的双振子或多振子超声电机出现[2-71。这就要求振子有Tab．1MainStructuralParametersofOscillator相同的固有频率，才能发挥多振子的优势。名称尺寸mm)而在实际中，由于材料的不均匀和加工误差等原因，基本尺外径d45寸相同的不同振子间都会存在一定的频率差。这种振子间的频率内径如30不一致性严重影响多振子超声电机的输出性能。因此，为了提高总体厚度h。4．5多振子超声电机的输出功率，如何调节振子频率，缩小不同振子金属基体厚度h：3．0的频率差具有重要的意义。齿高h1．52振子尺寸对固有频率变化的有限元分析陶瓷片厚度^cO．52．1振子固有频率的计算振

7、子由金属弹性体和压电陶瓷环组成，金属弹性体的材料以直径45ram双振子旋转行波型超声电机为实例分析，本为黄铜，压电陶瓷环为PZT-81系列晶片。振子的主要结构参数，电机的振子结构，如图1所示。如表1所示。对振子建立有限元模型，共建立15624个节点，划分来稿日期：2012—10—05基金项目：辽宁省重点实验项目资助(辽科发2011-20)作者简介：王宏祥，(1966一)，男，辽宁兴城人，硕士，教授，主要研究方向：压电驱动与控制的研究