摘要超声波电机（Ultrasonic Motor，简称 USM）是一种非电磁电机，驱动力来自压电陶瓷的逆压电效应产生的超声振动，利用定转子间的摩擦力驱动转子运动。柱体超声波电机拥有结构简单、体积小、不用粘接等独特优点，因此在小型化精密控制领域有着不可取代的地位，具有良好的市场潜力。简单回顾柱体超声波电机的发展历史和国内外的研究现状。然后介绍柱体超声波电机的原理和压电陶瓷的特性，分析定子端部质点的运动轨迹。在 ANSYS 中建立短柱超声波电机定转子有限元模型，并进行模态分析得到工作振型和工作频率，从结果中提取适合的工作模态。31777
毕业论文关键词 超声波电机 压电陶瓷 有限元模型 模态分析
Title Analysis of cylindrical ultrasonic motor basedon ANSYS
Abstract Ultrasonic Motor (USM) is a kind of non electromagnetic motor, its driving forcecomes from the ultrasonic vibration produced by the converse piezoelectric effectof piezoelectric ceramics,it drives the rotor motion with the friction betweenthe stator and rotor.The ultrasonic motor of the cylinder has the unique advantagessuch as simple structure, small size, no bonding, etc. So it has a place in thesmall precision control field, and has a broad market prospect.The development history of ultrasonic motor of the cylinder and the research statusat home and abroad were briefly reviewed.Then the principle of the ultrasonic motorand the characteristics of the piezoelectric ceramics are introduced , motiontrajectory of the stator end particle is analyzed. A finite element model of thestator and rotor of short column ultrasonic motor in ANSYS is established, andthe mode analysis is carried out and the working frequency is obtained, The fitmode is extracted from the results.
Keywords Ultrasonic Motor Piezoelectric ceramics The finite element modelModal analysis
目次
1引言1
1.1超声波电机的发展简史和研究现状1
1.1.1超声波电机发展简史1
1.1.2超声波电机国内外研究现状2
1.2超声波电机特点3
1.2.1超声波电机优点3
1.2.2超声波电机的缺点3
1.3ANSYS简介和有限元法.4
1.3.1有限元法简介4
1.3.2ANSYS简介.4
1.4选题的意义和内容5
2柱体超声波电机6
2.1压电效应6
2.2柱体超声波电机结构和原理7
2.2.1柱体超声波电机的结构7
2.2.2柱体超声波电机运动原理8
2.2.3定子端部质点的运动轨迹分析8
3柱体超声波电机定转子建模11
3.1定子建模步骤11
3.2转子建模步骤13
4模态分析与模态选择15
4.1模态分析概述15
4.2模态分析方程15
4.3定子模态分析16
4.3.1定子模态计算结果16
4.3.2定子典型振型及频率17
4.4转子模态分析19
4.4.1转子模态计算结果19
4.4.2转子典型振型及频率20
4.5定子工作振型选择21
结论23
致谢24
参考文献25
1 引言1.1 超声波电机的发展简史和研究现状1.1.1 超声波电机发展简史超声波电机在 20 世纪 80 年代得到迅猛发展，成为一种新兴概念的微特电机，它是多个学科发展和综合的结晶，包括材料科学、振动和波动学、电力电子和超精加工等。从三个阶段来介绍超声波电机的发展历程：20 世纪 40 年代到 70 年代是概念提出阶段，这一时期的理论研究和实验样机为后来超声波电机的发展提供了理论支撑；20 世纪 80 年代前期是样机研制阶段，这一时期超声波电机得到了大发展，开始应用到产品中，这一时期日本的电机技术在世界上处于领先水平；1987 年至今是商品化阶段，这一时期超声波电机得到了稳定发展，随着电力电子技术的发展，对电机的驱动和控制更加成熟，超声波电机逐步走向工业应用阶段。 基于ANSYS的柱体超声波电机分析+文献综述:http://www.751com.cn/zidonghua/lunwen_28050.html