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行波型超声波电机毕业设计说明书毕业论文.doc

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行波型超声波电机毕业设计说明书毕业论文.doc

目录第1章绪论.................................................................................................................................31.1超声波电机的定义与发展历史..........................................................................................31.2超声波电机的基本工作原理.............................................................................................41.3超声波电机的分类...........................................................................................................51.4超声波电机的特点和应用.................................................................................................61.5超声波电机技术的展望....................................................................................................6第2章行波型超声波电机的运行机理...........................................................................................82.1椭圆运动的分析...............................................................................................................82.2驻波的产生及行波的合成...............................................................................................10第3章行波型超声波电机的理论计算与设计..............................................................................133.1定子谐振频率的计算......................................................................................................133.2压电陶瓷换能器的设计和制作........................................................................................163.2.1压电陶瓷的设计...................................................................................................163.2.2压电陶瓷材料的选用............................................................................................173.2.3压电陶瓷的接线方式............................................................................................173.3定子的设计及制作.........................................................................................................193.3.1定子尺寸与行波超声波电机输出特性的关系.........................................................193.3.2定子的内外径尺寸的选择.....................................................................................213.3.3定子的振动模态的选择.........................................................................................213.3.4定子的齿形齿数设计............................................................................................213.3.5定子的结构设计...................................................................................................223.3.7定子材料的选择....................................................................................................233.4转子的设计及制作.........................................................................................................243.4.1超声波电机转子的柔性要求..................................................................................243.4.2定转子径向弯曲配合............................................................................................253.4.摩擦层的设计...............................................................................................................263.5定转子设计的总结.........................................................................................................26第4章样机整体结构设计..........................................................................................................27第5章全文总结........................................................................................................................29参考文献....................................................................................................................................30致谢...........................................................................................................................................31附录.................................................................................................................错误未定义书签。英文翻译译文............................................................................................错误未定义书签。湘潭大学兴湘学院1行波型超声波电机设计摘要超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应工作的新概念、新原理电机。与传统电磁型电机截然不同,其驱动力矩并非由电磁感应产生,它利用压电陶瓷的压电效应使定子产生超声波振动,通过定子和转子间的摩擦力来驱动转子。由于超声波电机特殊的工作原理,它具有很多传统电磁电机无法比拟的优越性能,如结构紧凑、低速大转矩、响应速度快、不受磁场影响、断电自锁、可直接驱动负载等。正是由于超声波电机具有许多的优点和广阔的应用前景,成为当前世界范围内的一门新兴前沿课题。本文主要以旋转行波型超声波电机为研究对象,设计制作超声波电机的实验样机。研究的主要内容可概括如下系统地总结国内外超声波电机的发展历史和重要意义,介绍了超声波电机的工作原理、分类、特点及其应用前景。在对超声波电机相关理论研究的基础上,从超声波电机定子设计着手,详细介绍了超声波电机的设计和制作过程。关键词超声波电机压电陶瓷行波湘潭大学兴湘学院2DesignofTravelingWaveUltrasonicMotorAbstractUltrasonicmotorisauseoftheinversepiezoelectriceffectofpiezoelectricceramicworkofnewconcepts,newprinciplesofmotors.Verydifferentfromthetraditionalelectromagneticmotor,thedrivingtorqueisnotgeneratedbytheelectromagneticinduction,whichusesthepiezoelectriceffecttogenerateultrasonicvibrationofstator,throughthefrictionbetweenthestatorandrotortodrivetherotor.Sincetheworkingprincipleofultrasonicmotorsspecial,ithasalotoftraditionalelectromagneticmotorscannotmatchthesuperiorperformance,suchascompactstructure,lowspeedhightorque,fastresponse,freefrommagneticinfluence,powerlocking,candirectlydrivetheloadandsoon.Itisbecauseofultrasonicmotorhasmanyadvantagesandpotentialapplications,becometheworldsanewfrontiersubject.Inthispaper,arotarytravelingwavetypeultrasonicmotorforthestudy,designedtheexperimentalprototypeultrasonicmotor.ThemaincontentcanbesummarizedasfollowsThesystemsumsupthehistoryofthedevelopmentofultrasonicmotorhomeandabroadandtheimportanceofintroducingtheprincipleofultrasonicmotors,classification,characteristicsandapplicationprospects.Inthetheoryofultrasonicmotorsbasedonultrasonicstatordesignfromthestart,ultrasonicmotordescribedindetailthedesignandproductionprocess.KeywordsUltrasonicMotorPiezoelectricceramicsTravelingWave湘潭大学兴湘学院3第1章绪论本章主要介绍超声波电机的概念、分类、特点及其应用,总结了其发展历史和应用展望。1.1超声波电机的定义与发展历史传统电机的发明和发展已有100多年的历史。无论在理论上、设计方法上或制造技术上,都已达到十分完善的程度。由于它的工作原理和结构的限制,难以满足当前对电机所提出的短、小、薄、低噪声、无电磁干扰等要求。为此,世界各国都在努力研究各种新型电机。其中,二十世纪末期发展起来的超声波电机算是最典型的一种。超声波电机(UltrasonicMotor,简称USM)的基本结构及工作原理完全不同于传统的电机,没有绕组与磁路,不以电磁作用传递能量,而是一种利用超声波振动能作为驱动源的新原理电机,是电机制造、机械振动学、摩擦学、功能材料、电子技术和自动控制等学科综合交叉发展的产物。它将电能通过压电陶瓷转变为机械振动能,然后又借助摩擦力将机械振动能转变为直线运动或旋转运动。由于超声波电机特殊的工作原理,它具有很多传统电磁电机无法比拟的优越性能,如低速大转矩、体积小、重量轻、功率密度大、响应速度快、微位移、不受电磁场的影响、掉电自保护、设计自由度大、可直接驱动负载等。可以说,超声波电机技术是处于当今世界高新技术之一。虽然USM是近二十年才备受重视并得到巨大发展的一种新型直接驱动电机,其发展史却可追溯到五十多年以前。50多年前,人们就知道了超声波电机的这个驱动原理,然而由于当时材料与技术的局限,超声波电机只能是空中楼阁,没有得以实现。一直到80年代初,具有高转换效率的压电材料出现以后,再加上电力电子控制技术的发展,才逐步研制出各种各样的超声波电机。据笔者收集的资料,将超声波电机的发展历史过程总结如下利用弹性振动获得动力的尝试是从钟表开始的。1961年,英国的BulovaWatchLtd钟表公司首次提出了用弹性体振动能量作为驱动力的理论,并研制成音叉驱动的手表,在国际上引起了轰动。1973年,美国IBM公司的H.V.Barth博士首先研制成功原理性超声波电机,如图1.1所示。该电机由一个转子和两个驱动振子构成,当振子1激振时转子顺时针方向回转,图1.1H.V.Barth的超声波电机

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