文档介绍：东南大学
博士学位论文
行波型超声波电机振动分析与实验研究
姓名:莫岳平
申请学位级别:博士
专业:电气工程
指导教师:胡敏强
20031020
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。设计并制作了直径笈ぞ鼐剐胁ㄐ统ǖ缁⒖捎糜谄党荡安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
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躲避嗍趔掣鲫粼:麴趑丝冢呼蟠猿学位论文使用授权的说明学位论文独创性声明的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中构的学位或证—讳丽使用过的材料。与我一刑工作的同志对本研究所做的任伺贡献东南大学、中国科学技术信息研究所、国家国书馆有权保留本人所送交学位致。除在保密期内的保密论丈外市论文被查阅和借阅,可以公布ǹ论文的全部或者部分内容。论文的公布ǹ授权东南大学研究生院办理。本几声明所呈交的学位论文是我个人存导师指导械难芯抗ぷ骷肮㈥其他人已经发表或撰写过的研究成果,也包含为获得东南人学或者其它教育机均已存论文中作了明确表示并表示了谢意。论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文人电子文档的内容和纸制论文的内容相
,即在交变电场作用下,压电陶瓷会产生伸缩现象,通过各种伸缩振动模式的转换与耦合,将电能直接转变成机械振动能,并利用摩擦转变成旋转蚱渌硕绞机械能的驱动装置。与传统的电磁电机相比,它没有绕组和磁性元件,具有结构简单、重量轻、单位体积获得的出力大、可直接驱动、响应速度快、控制精度高、没有电磁噪声、电磁兼容性好、以及耐低温/真空等适合太空环境的特点。超声波电机是一种新的自动控制执行器,是对传统电磁型电机的突破和有力的补充,有较好的应用前景。例如利用其结构简单和小型化的特点使之用于光学设备的自动调焦机构;利用其高控制精度和大力矩等特点使之用于产业机械缱暌恰⒒魅说;利用其快速响应等特点使武器装备具有高度的灵敏性;其耐空间环境饕V父低温和真空怪质屎虾娇蘸教旆矫娴挠τ谩R蚨ǖ缁难芯恳了世界上许多国家的重视。.夥⒄垢趴超声波电机的发展可分为三个阶段:概念阶段、样机阶段和实用阶段。超声波电机的概念是在年由原苏联科学家最早提出的,最初的超声波电机被称为压电电机;年英国大学的两名教授介绍了一种伺服压电电机,这种电机采用二片式压电体结构,其速度、运动形式和方向都可以任意变化,响应速度也是传统结构电机所不能及的;英国皇家雷达公司研制的直线压电步进电机,可以获得某〔骄啵在精密镗床、磨床进刀系统及光学聚焦系统中可作为微动执行元件,但这种电机的出力还不够高;。第二阶段是在二十世纪二十八十年代初,由于压电陶瓷材料的进展,日本的指田年生赩难芯炕∩希晏岢隽艘恢肿げ型猼超声波电机【如图8玫缁褂昧死冀芪或朗之万褡樱ぷ髌德淙牍β,输出转矩第一章绪论
凳涑龉β。该电机的性能第一次满足了实际使用要求,但振动片与转子接触是点接触,因摩擦导致磨损问题。后在年提出了行波型—ǖ缁缤糽一,实现了由定点定期推动转子闲憬哟变换成多点导适蔷植棵娼哟连续不断地推动转子旋转,大大地降低了定子与转子接触界面的磨损,这为超声波电机走向实用开辟了道路。同时,指阳年生创建了新生工业公司,并在年正式商业发售这种电机。