ANSYS短柱超声波电机支撑仿真研究

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摘要超声波电动机利用逆压电效应使定子机体产生柔性波动, 进而在定子表面质点的振动摩擦作用下将振动能耦合成转子的力矩输出。短柱超声波电机（直径与长度接近）的压电陶瓷不需粘结，工艺更简单，有利于自动化生产，是研究的热点。因为超声波电机定子的支撑方式对定子的振动频率和振型有影响，关系到电机的性能，因此本文研究内容就是短柱超声波电机的支撑问题。

本文首先简要介绍超声波电机的研究发展情况及其工作原理，然后利用有限元分析软件ANSYS对直径为10mm的短柱超声波电机定子建模，接着，针对弹性支撑和固定支撑两种支撑方式，对定子进行模态分析和谐响应分析，最后对比分析两种支撑的谐响应分析的结果，确定最优支撑方式。64284

毕业论文关键词：短柱超声波电机支撑方式，模态分析，谐响应分析

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title Research on the Support Mode of Short Cylindrical Ultrasonic Motor

Abstract The ultrasonic motor(USM) utilizes the converse piezoelectric effect to make the stator produce flexible wave, and vibration can be coupled into rotor output torque through vibration friction of particles on the stator surface. The short cylindrical ultrasonic motor(diameter is close to length) whose piezoelectric ceramics are not bonded，fabrication process is simple and conducive to automated production has been a hotspot of research. Support mode of ultrasonic motor stator has an influence on the vibration frequency and vibration type, which affect the performance of the motor, so the topic of the thesis is research on the support mode of short cylindrical ultrasonic motor.

Firstly, this thesis briefly introduces the situation of the development of ultrasonic motor and its working principle, then the stator(10mm diameter) model of short cylindrical ultrasonic motor is built using ANSYS . After that ，modal analysis and harmonic response analysis of the stator are implemented with both elastic support and fixed support. The simulation results show that elastic support is better than another.

Keywords： Short cylindrical ultrasonic motor Support Modal analysis Harmonic response analysis

1 绪论 1

1.1超声波电机的发展史1

1.2超声波电机的特点及应用3

1.3 短柱超声波电机的研究现状4

1.4 选题的意义5

2短柱超声波电动机理论基础及运行机理6

2.1压电效应与逆压电效应6

2.2 压电陶瓷的振动模态与振动模式 6

2.3短柱超声波电机结构 8

2.4 柱体超声波电机运行原理9

2.5柱体超声波电机定子表面质点运动轨迹分析10

3 短柱超声波电机结构有限元分析与设计12

3.1有限元分析的特点12

3.2有限单元法基本理论13

3.3有限元分析工具ANSYS15

3.4短柱超声波电机定子有限元模型15

4短柱超声波电机的支撑分析17

4.1 定子模态分析理论17

4.2 定子模态分析步骤18

4.3 定子模态分析结果19

4.4定子振动谐响应分析理论24

4.5定子振动谐响应分析步骤25

4.6定子振动谐响应分析结果25

4.7有限元分析结论29

结论 30

致谢 31

参考文献32

1 绪论

超声波电动机 (简称为USM )是利用压电材料的逆压电效应[1],把电信号加到压电陶瓷-金属构成的定子上,使定子表面的质点产生一定轨迹的机械振动,驱动转子运动的新型电机。由于定子的振动频率多数处在超声频范围,所以被称为超声波电动机。这种电机的具有能量密度大、响应快、结构紧凑、低转速、大力矩、不受电磁干扰、断电自锁等优点。在微型机械、机器人、精密仪器、家用电器、航空航天、汽车等方面有着广泛的应用前景[2]。