（全套设计）超声波电机的设计（CAD图纸）

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超声波电机的设计摘要所示。图中为超声电机温升前的速度频率曲线，为温升后的速度频率曲线，和为相应的共振频率。图.超声波电机在不同温度下的速度频率曲线由于超声波电机机械谐振频率会随电机温度的改变而变化，变化规律是当温度上升，压电振子的谐振点和反谐振点频率会下移反之，压电振子的谐振点和反谐振点频率会上移。由于电机工作在谐振点和反谐振点之间的频率范围内靠近谐振点时，电机的效率最高，因此电机的工作频率也要随着温度的升高而进行相应地降低才行。所以需要频率自动跟踪方式来进行闭环控制。所谓的超声电机的频率自动跟踪，就是使电机的驱动频率与谐振特性始终保持定的关系，以达到速度稳定的目的。下面是超声电机控制系统中常用的反馈变量孤极电压反馈孤极是安装在定子上检测定子振动状态的压电陶瓷，反映定子的振幅和频率。对孤极反馈电压值检测，可以获得当前定子的谐振频率，通过改变电机激励频率跟踪定子谐振频率，以获得最佳激励效果。这种反馈形式已经成功应用在商业化的超声电机中。相位反馈输入电压和孤极反馈电压之间的相位差作为输入输入电压和孤极反馈电压之间的相位差可以反映电机的工作状态，所以控制器若能保证输入电压和孤极反馈电压之间的相位差在定范围内，则可以保证超声电机能够工作在个稳定的工作状态输入电压与输入电流之间的相位差作为输入。理由同上述在有补偿电感的驱动电路中，加在补偿电感两侧的电压信号的相位差作为输入。理由同前，由于补偿电感两侧的波形不同，检测电路的设计相对比较麻烦，故较少采用。速度反馈用于速度伺服控制系统。用霍尔测速元件或光栅编码器，采用锁相控制的方法实现。位置反馈用于位置伺服控制系统。检测电机输出的角位移。纵观上述的几种反馈方法，孤极电压反馈和相位差反馈属于半闭环控制类型，而速度反馈和位置反馈则属于全闭环控制类型。第章超声波电机整体结构设计底座压电陶瓷片定子压盖转子上轴套碟簧轴承开槽螺钉下轴套调整垫圈图.超声波电机的的二维结构图应用本文有关设计参数和指标，设计的行波型超声波电机的实际样机结构如图.所示。主要由压电陶瓷激振部分定子转子等构成。定子和转子之间需要有加压装置，主要通过蝶簧来施加，并保证定子与转子在接触面上，预压力能均匀分布。在前面讨论了行波型超声波电机的定子和转子的设计。下面需要对超声波电机输出轴进行设计分析。超声波电机输出轴的特点是低转速大力矩轴。在轴上分布有定子转子碟簧平面轴承，轴两端有滑动轴承。超声波电机的输出轴主要起到三个作用首先是要通过超声波电机的输出轴传递定子和转子之间的预压力通过输出轴传递运动和动力的作用通过轴起到装配定位的作用。因此，对轴的有较高的同轴度和垂直度要求。在超声波电机轴的精加工前要对其进行热处理，这样可以避免在加工过程中产生热变形。由于超声波电机定子表面振幅般只有几个微米，因而定转子配合预压力施加装置的配合等装配过程引入的误差都会导致电机效率的下降机械摩擦噪声增加及转动不平稳等问题的出现。装配时，定转子的配合必须保证为面接触接触压力均匀分布，而且定转子接触的偏差应该允许碟簧等通过预压力进行细微的调整。装配完成后，要对超声波电机整体进行连续运行，循环正反切换运行等试运行，以使粘结层内部应力释放，各种阻尼及物理限制减弱，接触面进步磨合，从而使电机的运行性能进入稳定运行期。第章全文总结超声波电机是国外八十年代发展起来的种新型直接驱动微电机。它的基本结构及工作完全不同于传统的电磁电机，主要由高频电源压电陶瓷定子转子以及预压力机构等组成。它主要利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为电机定子的机械振动能，然后借助摩擦力将机械振动能传递给转子，产生直线运动或旋转运动。由于超声波电机独特的工作原理，它具有低速大转矩响应快不受磁场影响断电自锁等许多优点。在精确定位装置微型机械工业控制仪器仪表智能机器人航天航空等领域有良好的应用前景，因此引起了学术界和企业界的重视。国内外有很多科研机构都正在对其进行研究。我国超声波电机研究的起步和美德法韩国等国差不多。自“首次全国超声电机技术研讨会”后，超声波电机更受到各方面的关注，特别是得到国家自然科学基金会和高技术专家组的大力支持和资助。我国的超声波电机技术得到较快的发展，先后有清华大学哈尔滨工业大学浙江大学长春光机所哈尔滨工程大学水声研究所吉林工业大学南京航空航天人学北京科技大学天津大学上海冶金研究所华中科技大学东南大学信息产业部电子第研究所等十几所单位开展了对超声波电机的研究。其内容涉及超声波电机运动机理谐振频率计算驱动电路设计控制方法以及样机的研制和试验，基本型式几乎涵盖目前所出现的所有超声波电机类型。但是国内各单位对超声波电机的研究只限于实验室至今还没有达到实用阶段。超声波电机的发展历史还很短，在分析设计控制等方面还有许多问题要解决。本文详细地查阅大量国内外文献资料的基础上，总结和分析了国内外超声波电机的研究现状和发展动态，以目前最具有发展前景的行波型超声波电机作为论文的研究对象，进行了深入细致的研究。在理论研究基础上，完成了行波超声