擦力的作用下仍能保持很大力矩。结构简单，设计形式自由度大，可以根据需要改动电机的设计虽然超声电机在半个世纪来的发展下已经具有很有传统电机不具有的很多优良的性能，但是些不足之处仍然存在超声电机使用寿命短成本高昂在高温环境下或者在长时间工作使超声电机自身温度上升之后，压电陶瓷在高温下物理特性会发生变化，影响电机的参数，导致电机性能的变化。综上所述，超声电机在有些地方还是有许多不足的地方，但是，不可否认的是超声电机具有它独有的优越性能。而随着科技的发展，超声电机的部分缺点也在慢慢的被克服。因此在本次的设计中，应该做到取长补短，尽可能的把超声电机的优点发挥到最大，同时把超声电机缺点影响降至最小。超声电机的发展历史超声电机的制作设计到许多领域的科学成果，包括机械，声学，摩擦，振动，等很多方面的学科及领域。超声电机的出现以及发展取决于很多方面的突破，如压电陶瓷材料的发现及改进。大致来说，超声电机的发展可以分为三个阶段，即超声电机概念阶段具有实用前景的样机阶段和产业化生产及应用阶段。年，居里夫妇发现压电效应，但是受当时的科学水平所限，对于压电效应的应用仅仅处于个很狭小的领域，只局限于水声和电声器件。世纪年代初，美苏科学家同时发现了陶瓷的铁电性，这对压电陶瓷的发展产生。重要的意义。年，美国学者和申请了第个超声电机的模型专利。如图为第个超声电机的模型，四片压电陶瓷分为两组粘贴在截面为正方形的长条弹性体的两个侧面上，对其施加两相相位差为的交变电压激励，能够在长条弹性体中激励起两个方面和频率相同的弯曲震动，从而在弹性体端部质点做椭圆摇摆运动，此椭圆摇摆运动就可以驱动压在其上的转子或者移动体。此模型类似于如今的杆式超声电机。但是因为当时的技术水平已经材料方面的问题所制约，这个模型最终没能变成个真正的样机。旋转行波超声电机结构设计图最早的超声电机设想模型在此之后，压电陶瓷的技术革新在不断的进行。年发现在陶瓷上施加直流偏压，该陶瓷会呈现强的压电效应。年贾非等发现有良好的压电节点性能。这些压电材料的丰富和进步，以及科技水平的发展，超声电机的研究在这样的环境下得到了很快的进步和提升。年，日本钟表公司研制出种新型钟表，该钟表利用音叉的往复位移拨动棘轮而获得驱动。该钟表的精确度相当高，仅有的月误差。这种领先于当时科技水平的钟表，造就了超声电机的样机雏形。年，苏联科学家设计出了台利用轴向弯曲耦合振动的振动片型超声电机，并且由此总结解释出了超声电机的工作原理。年前后，德国西门子和日本松下两家公司研究出了利用电谐振工作的直线驱动机械，这种机械拥有高达输完赫兹的振频，但是却因为振幅过小，无法发挥较大的实用价值。年，前苏联科学家研究出种能驱动较大负载的超声电机。这种电机是利用振动片的纵向振动和弯曲振动，再通过摩擦耦合，把机械能传递给转子。年，日本科学家指田年生在苏联科学家的研究基础上，成功制造出种驻波型超声电机。这种电机的工作频率为，电压，输入功率，输出功率，转速,机械效率为。这是世界上第台能应用于实际中的超声电机。但是这部电机在使用过程中磨损十分严重，严重影响电机的使用寿命。年，指田年生发明了行波型超声电机，该电机此电机实现了断续点接触变换成多点连续不间断接触推动转子运动，大大的降低了电机的磨损，延长了电机的寿命。年，指田年生在美国申请了其专利，并且阐述分析了其工作原理以及超声电机的结构。年，松下公司在指田年生的设计基础上对超声电机的定子做出了改进。扩大的定子的振幅，大大的提高了超声电机的效率。在此之后，世界各国也发现了超声电机的研究价值，如美国，英国，土耳其等国家也相继开始加入了对超声电机的研究。时至今日，超声电机的研究仍在继续。我国对于超声电机的研究开始于上世纪年代，相较于其他些发达国家起步较晚，所以对于超声电机的研究与其他国家仍然具有定的差距，所以，我国需要在超声电机方面获得更大的成就，需要与其他国家相互学习印证，完善我国在超声电机领域的知识，争取缩小与其他国家的差距。无锡太湖学院学士学位论文超声电机的应用及发展前景由上所述的超声电机所具有的的有点，自超声电机被研究问世以来始终在不同的进步和发展。目前超声电机已经被广泛运用于很多方面，超声电机体积小重量轻，无磁场干扰等优点在航天航空，计算机，汽车，精密仪器等方面取得了良好的应用。如航空航天的应用，因为超声电机具有真空工作的良好性能，并且适合于精密仪器，所以美国早在太空机器人的微型仪器机械臂和微型桅杆式机械臂上等部位应用了超声电机。在我们生活中，如医院，影院等地方对噪声要求低，所以窗帘的驱动元件往往应用了超声电机。由此可见，超声电机应用于生活中各个方面。超声电机的发展前景样十分广阔，在我国，超声电机在未来同样可以应用在很多方面航空航天领域。我国在航空航天领域向走在世界的前端。载人航天技术也仅次于美国与俄罗斯位列世界第三。在未来的航空航天领域中，超声电机相对于传统电机体积小重量轻以及真空环境下的良好性能将会作为航天领域电机的主要选择。对于减少飞船的质量，增加可控性等方面都能有良好的改善车辆上的应用。在未来的车辆发展中，些大型的或豪华的汽车中往往会需要多达数十个电机，此时减少电机旋转行波超声电机转子的主体是中间的环形薄板，在转子的正中心有个较厚的环型板用来固定转轴，转子的外部是环形接触区域。环形接触区域有部分与定子接触，这些接无锡太湖学院学士学位论文触部分需要粘贴上摩擦材料作为摩擦层。摩擦材料的作用是为了增加定子和转子之间的摩擦力，同时降低磨损。达到延长电机寿命，增加电机效率的效果。对于转子的材料选择，般选用硬铝合金作为转子的制作的主要材料。如图所示，最早的超声电机的转子依靠蝶簧的压缩变形获得与压力，使转子和定子产生物理接触。蝶簧的预压力较大，在压紧过程中若转子强度不够的情况下会产生变形。所以转子的强度必须达到足够的强度，能在弹簧的压缩下保证不会产生变形。所以转子轴向尺寸设计较大，厚度需在以上。这种设计下的电机转子存在定的缺陷，依靠弹簧施加压力的过程中，转子基本不发生变形，与定子接触面为平面，定子和转子的真正接触面积其实只有很小的部分，影响了电机的输出扭矩。所以为了改进电机的使用效率，需要对转子的结构进行调整。改进后的转子需要能与定子形成更好的变形匹配，减少径向滑动能量损耗，增加接触范围，降低局部接触压力。因此，转子将改为柔性结构转子。柔性结构的转子，能够随着定子振动的变形而跟着变形，这种结构的转子预压力主要通过转子的柔性变形而获得，不需要依靠弹簧来施加压力，所以弹簧的结构可以去除，达到简化转子结构的目的。同时还因为转子柔性变形使定子和转子间的接触面积增大，降低了局部接触压力，减小了定转子之间的磨损。提高了电机的性能。图旋转行波超声电机结构设计图超声电机结构图摩擦层设计超声电机靠定子和转子间的摩擦获得驱动力，摩擦材料在摩擦过程中产生的磨损是不可忽视的个问题。所以，为了延长超声电机的使用寿命，般在转子的表面涂覆层摩擦材料。摩擦材料的选择需要考虑多个方面，如硬度，摩擦系数，耐磨性以及噪音影响。摩擦材料的硬度选择是首先要考虑的方面。摩擦材料的硬度不能过高也不能过低，若摩擦材料硬度较低，则会产生较大的变形，使定转子之间形成完全接触，此时两个方向相反的推理同时施加在转子之上，方向相反且大小相同的两个力想去作用抵消，转子无法转动。若摩擦材料硬度太大，则形成相反的效果。定转子在行波波峰初接触面减少。降低转子带负载能力。同时，摩擦材料的硬度还关系着电机在运行过程中的噪音情况。实验表明，当摩擦材料的洛氏硬度大于时，将会大大增加噪音的产生。由此可见，摩擦材料的硬度选择是摩擦材料首要考虑的目标。摩擦系数同样是摩擦材料选择的个重要参考指标。定子和转子依靠相互间接触的摩擦力来获得驱动力。而摩擦力产生的大小则取决于摩擦材料的摩擦系数。摩擦系数大，则可以获得较大的驱动力。而温度，环境，适度，表面粗糙度等方面都会对材料的摩擦系数产生影响。所以为了保证电机的使用寿命，摩擦材料在考虑大摩擦系数的同时还需要考虑耐磨性。综上所述。摩擦材料的选择要求大致可分为以下几点高摩擦系数，使电机能获得较高的驱动力良好的耐磨性。电机的使用寿命取决于摩擦材料的耐磨性摩擦力能保持个恒定的值，使电机能有效的稳定运转低噪音，不能使用过高硬度的摩擦材料产生过大的噪音设计结果经过这节对超声电机各个零部件的设计，根据各个零部件的设计准侧。已经可以确无锡太湖学院学士学位论文定超声电机的各项尺寸参数。超声电机具体尺寸参数见表表超声电机各零部件尺寸名称单位结果定子内径定子外径振动模态定子厚度齿宽齿高齿数槽宽内支撑板厚度压电陶瓷厚度电机设计结果装配结构图超声电机装配图旋转行波超声电机结构设计超声电机定子三维图超声电机转子三维图无锡太湖学院学士学位论文超声电机轴零件图超声电机对于定子设计的核心要求是方便定位，同时保证定子的振动模式不受影响，因此定子的中心部位比较薄，只需保证定的机械强度即可，在此设为。如图所示，为超声电机的转子，这样的设计能保证转子的轴向力分布均匀，确保定子和转子之间的接触良好。电机盖采用螺母拧紧的设计，当螺母拧紧时，垫圈的压力压迫蝶簧使蝶簧产生形变，提供电机的预紧力，预紧力用于使定子和转子之间产生摩擦力，而螺母的松紧用来条件定子和转子间的摩擦力大小。同时，螺母还能起到自锁作用。蝶簧的的设计保证定子和转子在接触面上的预紧力分布均匀。为了确保电机装配的径向稳定，轴两端装配上轴承。因为超声电机具有力矩大，转速低的特点。所以这要求超声电机的主轴必须具有这两个特点。主轴的材料选择钢。转子和轴的连接中，轴向力基本未作用，主要依靠径向力矩作用。传递过程中，受力小，所以可以在轴上留个半球状突出部分。这样有利于简化电机结构，减少电机质量，同时又不影响电机的性能。本章小结本章对定子和转子的结构及尺寸进行设计，并且确定了定子和转子的甲供材料，并且对各部件的作用和结构进行了介绍和设计，设计出了符合要求的样机。旋转行波超声电机结构设计结论与展望全文主要内容本文在经过大量的资料查询以及市场调查之后，对超声电机目前在国内外的概况进行了总结，对旋转行波超声电机作为研究对象，对超声电机的可行性以及结构尺寸进行了细致的分析以及