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摘要超声波电机是近年来崛起的新原理电机，其以压电材料的逆压电效应为原动力使定子产生频率 20kHz 以上振动，并通过摩擦耦合驱动转子旋转或滑块的线性位移。由于这种驱动装置具有不受电磁干扰等优点，超声波电机的研究发展迅速。本文首先介绍了超声波电机的研究历程与研究现状，然后详细叙述了超声波电机的原理、分类和特点，接着，介绍 ANSYS 软件并用其实现直径15mm 柱体摇头型超声波电机的定转子建模，并对其进行模态分析，通过对两部分的模态分析结果进行对比，确定该电机定子与转子部分不会相互影响。最后，进行谐响应分析，计算结果表明定子端部质点振幅符合要求。49156
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毕业论文关键词 超声波电机 ANSYS 有限元模型 模态分析 谐响应分析
Title Research of Cylinderical Ultrasonic Motor Based on ANSYSAbstractUltrasonic motor is a new principle of the motor, the rise in recent years, withthe inverse piezoelectric effect as the driving force to make the stator produceabove 20kHz frequency vibration of piezoelectric materials, and the frictioncoupling drive linear displacement rotation of the rotor or slider. Because thedriving device has the advantages of being free from electromagnetic interference,the research and development of the ultrasonic motor is rapid. In this paper, wefirst introduce the research history and current research situation of ultrasonicmotor, and then described in detail the principle, classification andcharacteristics of ultrasonic motor, secondly, the introduction of ANSYS softwareand the 15mm diameter cylinder head type ultrasonic motor set modeling of rotor,and the were modal analysis, through modal analysis of two parts of results werecompared, to determine the motor stator and rotor parts do not affect each other.Finally, the harmonic response analysis is carried out, and the results show thatthe amplitude of the stator end meets the requirement.
Keywords ultrasonic motor ANSYS finite element model modal analysisharmonic response analysis
目次
1绪论1
1.1引言.1
1.4超声波电机的分类及优缺点5
1.5本课题研究的内容与意义.6
2超声波电机概述.8
2.1超声波电机的原理.8
2.2压电效应简介.8
2.3压电方程..9
2.4柱体摇头型超声波电机的结构..10
2.5定子表面椭圆运动的形成..10
3基于ANSYS的柱体摇头型超声波电机的建模..11
3.1ANSYS简介11
3.2基于ANSYS的有限元分析方法11
3.3超声波电机有限元建模.12
4基于ANSYS对已建模型进行分析.17
4.1模态分析概念及意义.17
4.2对定子部分进行模态分析..18
4.3对转子部分进行模态分析..21
4.4比较模态分析结果得出结论.24
4.5定子谐响应分析24
结论28
致谢29
参考文献..30
1 绪论1.1 引言众所周知，以电磁原理为驱动方式的这一类电机已经发展了很多年,无论其在概念、设计思想或是制造工艺上,都已经达到非常完善的程度。因为电机能将电能转换为动能的特殊能力，电机不仅在各种机电一体化系统中大放光彩,而且应用到了控制系统、微电子学、精密仪器、仪表制造技术等前沿科技中。然而随着新兴科学技术不断的出现,现代工业和高科技技术对拥有高精密度、小体积、高度自动化的器件需求量不断增加，因此对电机的要求也在逐步提高。因为电磁电机的工作原理和结构的特点,使其很难达到目前精密仪器、仪表，机器人，导弹和宇宙飞船等领域对电机所提出的体积小、力矩大、转速小、分辨率高、噪声低和抗电磁干扰等特殊要求。基于此,各国研究机构都致力于研究多种新原理电机，代替传统电磁电机应用到尖端科学领域。在这种发展趋势下，越来越多的设计理念被提出，其中之一的超声波电机（Ultrasonic Motor,简称 USM）作为一种性能卓越的新型电机得到空前的发展。不同于电磁电机的能量转换理论和机械结构,超声波电机利用压电陶瓷的逆压电效应和高频振动直接使转子获得在转矩，完全脱离了磁铁和线圈的束缚。尽管超声波电机的发明与发展仅有几十年的历史，但是超声波电机具有电磁电机所不具备的许多特点，这些特点使其非常成功的应用到航空航天、汽车、微型机械、精密仪器仪表、微动平台、医疗器械、工业控制、光学仪器、机器人等领域，