行波型超声波电机的设计【7张图纸】【优秀】

行波型超声波电机的设计

32页  15000字数+说明书+任务书+7张CAD图纸【详情如下】

上轴套.dwg

下轴套.dwg

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压盖.dwg

定子.dwg

封面.doc

底座.dwg

行波型超声波电机的设计说明书.doc

评阅表.doc

超声波电机装配图.dwg

转子.dwg

鉴定意见.doc

目录

第1章 绪论3

1.1 超声波电机的定义与发展历史3

1.2 超声波电机的基本工作原理4

1.3 超声波电机的分类5

1.4 超声波电机的特点和应用6

1.5 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8

2.1 椭圆运动的分析8

2.2 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13

3.1 定子谐振频率的计算13

3.2 压电陶瓷换能器的设计和制作16

3.2.1 压电陶瓷的设计16

3.2.2 压电陶瓷材料的选用17

3.2.3 压电陶瓷的接线方式17

3.3 定子的设计及制作19

3.3.1 定子尺寸与行波超声波电机输出特性的关系19

3.3.2 定子的内外径尺寸的选择21

3.3.3 定子的振动模态的选择21

3.3.4 定子的齿形齿数设计21

3.3.5 定子的结构设计22

3.3.7定子材料的选择23

3.4 转子的设计及制作24

3.4.1 超声波电机转子的柔性要求24

3.4.2 定转子径向弯曲配合25

3.4. 摩擦层的设计26

3.5 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38

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  

　　　这种电机使用两个金属块夹持压电元件结构的超声换能器，利用振动片的纵向振动及诱发的弯曲振动，通过摩擦来使转子转动。结构上不仅能够降低了共振频率，而且放大振幅。但由于在运转条件下，电机的磨损和发热严重，很难保持振动片的恒幅振动，故也未获得实际应用。使超声波电动机真正走上实用的是日本的指田年生，在1980年成功制造了一种振动片型超声波电动机。所用振子是用螺栓压紧的郎之万（Langevin）振子，一种能工作在超声领域的切割式振子。振子的前端面作纵向振动，其上安装楔形的振动片，振动片前端跟圆板状的转子接触，前端的运动轨迹是一个变形了的椭圆。这种超声波电动机具有高速性，无负荷速度是2000rpm；高效率，最大效率达60%；寿命短，因为振动片和转子之间近乎直角的接触，两者之间接触和脱离瞬间的滑动无法解决，因此产生的磨损使寿命较短。为了解决这个问题，指田年生在1982年发明了行波型超声波电动机，该电机的原理利用行波在有限弹性体内传播时表面质点产生的椭圆运动，行波型超声波电动机只需改变驱动相位差即可实现正反转，而且定子、转子之间是多点轮流接触，磨擦很小。行波型超声波电动机具有良好的应用前景，引起了众多大公司和大学的兴趣，争先对超声波电动机进行研究和开发，从而使超声波电动机进入大规模的实验研究和实用化开发阶段。

1.2 超声波电机的基本工作原理

　　　如图1.3所示为超声波电机的工作基本原理示意图。超声波电机一般由高频输入电源、定子（压电陶瓷和弹性体）和转子（移动体和耐磨材料)组成。在压电陶瓷上加频率为几十千赫的高频交流电源，利用逆压电效应即电致伸缩效应产生几十千赫的超声波振动。然后，将这种振动通过弹性体和移动体之间的摩擦力变换成旋转或直线运动，或者直接用压电振子产生弯曲振动驱动移动体转动。

图1.3  超声波电机的基本原理示意图

　　　从这里可以看出，超声波电机是利用压电陶瓷逆压电效应原理。高频电源产生信号的频率和电机的固有频率一致，形成共振，产生高频机械振动。这种振动借助定子和转子间的摩擦耦合来驱动电机运动。这就是超声波电机的基本工作原理。其能量转换可分为以下两个过程：①高频交流通过压电陶瓷的逆压电效应把电能转换为定子的机械能；②定转子之间通过摩擦耦合把定子的机械能转换为转子的机械能。