摘要超声波电机是利用压电陶瓷的逆压电效应激发的超声振动作为驱动力，通过定转子间摩擦力耦合来驱动转子运动的电机。 本文回顾超声波电机的分类、特点和应用前景。介绍了压电陶瓷的特性和环形行波型超声波电机的结构特点及运行机理。然后利用有限元分析软件 ANSYS，建立直径为 60mm的环形超声波电机定子的有限元分析模型。 接着利用软件通过定子结构模态分析，确定电机定子振动体的共振频率和振型。最后使用 ANSYS对定子进行谐响应分析，在定子的压电陶瓷电极上施加正弦电势载荷。在载荷 30～50kHz 频率范围内，计算并分析超声波电机的输入阻抗随频率变化的规律，并使用绘图软件得到相应的阻频特性曲线。60993
毕业论文关键词：超声波电机 有限元 输入阻抗 模态分析 谐响应分析
Title Analysis of Traveling Wave Type Ultrasonic Motor Input Impedance Characteristic
Abstract The ultrasonic motor utilizes ultrasonic vibration stimulated by the converse piezoelectric effect of piezoelectric ceramics as driving force, and the rotor is driven by the friction force between stator and rotor。 This paper reviews the classification ,the characteristics and application prospects of the ultrasonic motor. The characteristics of piezoelectric ceramics , the structure characteristics and running mechanism of ring type travelling wave ultrasonic motor (RTWUSM)are introduced. Then the stator model of RTWUSM with 60mm in diameter is built using the finite element analysis(FEA) software ANSYS . By the stator structure modal analysis, we find out the resonant frequencies and mode shapes of the motor stator vibration. The stator harmonic response analysis is implemented using ANSYS, by placing a sine voltage on the electrode of the stator piezoelectric ceramic. Finally, the impedance-frequency characteristic curve is derived within the frequency range of 30kHz to 50kHz.
Keywords: Ultrasonic motor(USM) Finite element analysis(FEA) Input impedance modal analysis harmonic response analysis
目录
1引言···1
1.1超声波电机的发展历史··1
1.2超声波电机的分类和特点··3
1.3超声波电机的应用··5
1.4本文主要研究内容及意义··7
2环形行波型超声波电机的结构与运行机理·8
2.1压电效应与压电方程··8
2.2行波型超声波电机的结构···11
2.3行波型超声波电机的运动分析·····12
3有限元软件ANSYS·15
3.1有限元原理·16
3.2ANSYS简介··16
4环形行波型超声波电机的阻频特性计算··16
4.1定子有限元分析模型的建立·17
4.2电机定子振动模态分析···20
4.3电机定子振动谐响应分析及其阻频特性算···22
结论·····24
致谢·25
参考文献·26
1 引言 如今电子信息技术和控制技术迅速发展，实现驱动和控制的微电机伺服系统在系统中必不可少，其性能很大程度上决定了系统整体性能的优劣。所以多年来国内外学者一直在致力于研究各种新型微电机，以满足系统对控制的灵活性、快速性、简便性的要求。其中，超声波电机（Ultrasonic Motor，简称 USM）是一种全新概念的电机，它不同于传统电磁感应电机，即不使用电磁相互作用来传递能量，而是利用压电陶瓷的逆压电效应来使电能转换成机械振动的能量，并且这种振动通过摩擦耦合来驱动转子，使转子转动，输出转矩。近些年，超声波电机作为一种直接驱动电机取得了飞速的发展，并且表现出优良的工作特性。本章介绍了超声波电机的发展历史、特点、分类和应用；论述了超声波电机的研究现状及进展。 ANSYS环形行波形超声波电机的阻频特性计算:http://www.751com.cn/zidonghua/lunwen_66598.html