1、力矩，使转子得到驱动力产生运动。超声电机是种不同于传统电机的种新型电机。因此需要对此电机进行详尽的分析以确保设计的电机能有最好的性能。本章将对超声电机的工作原理进行分析，为后续电机的设计做铺垫。.旋转行波超声电机的机械结构图.如图.所示为旋转行波超声电机的内部结构展开图。由图可以看出，定子是由定子弹性体，内圈以及压电陶瓷片三部分组成。压电陶瓷片依靠粘贴层粘贴在定子外圈上。而超声电机主要靠定子弹性体产生行波，所以定子是超声电机的主要部件。定子的设计也将是电机设计的重点。其次设计转子，转子需要和定子直接产生物理接触从而产生摩擦力驱动转子运动，所以定子在设计有驱动齿的同时转子表面需要涂覆层摩擦材料作为摩擦层。旋转,行波,超声。

2、行波的波长。这样就得到了定子所对应的等截面弹性直梁的弯曲行波运动方程.直梁的波动状态如图.所示。下面考察弹性梁表面上的任意个质点。到定子中性层的距离为。在梁未发生弯曲变形前，该质点处于位置。在直梁产生图.弹性梁表面质点的椭圆运动分析行波弯曲振动后的第时刻，质点因其所处的横截面偏转而从位置运动到。利用图示几何关系，可求得质点在轴方向横向的位移量为.由于行波的波幅远小于行波波长，所以梁的截面的偏转角非常小，故可认为，这样有.可以看出，质点在轴方向上的位移为.同样，利用图.中的几何关系，可得到梁的弯曲而造成的截面偏角为.式.代入.后，可得到质点的纵向位移.得烧结后的陶瓷体在宏观上为各向同性的不呈现压电性。为了让其具有压电性，。

3、发挥着其作用，而未来的研究发展中，解决了超声电机目前所存在的缺点后，超声电机将有可能取代部分电磁电机。因此深入研究超声电机不仅具有重要的理论价值，同样具有重要的实际意义。.本次课题的研究方向及安排本次课题需要对超声电机的结构进行设计。首先需要对超声电机起源以及目前的现状和发展前景进行展望。其次将对超声电机的工作原理进行详细的分析模拟计算。接着将对超声电机的原理和特点，利用解析法以及有限元分析法，对超声电机的振动模态进行分析，提高设计出的超声电机的可靠性。最后将对超声电机的各部件尺寸及材料进行设计，以保证能完整的设计和生产出超声电机。旋转行波超声电机的工作原理.引言行波超声电机依靠定子产生的行波。并且靠定转子之间的摩擦得。

4、为了了解行波在转子中的运动，则需要对定子表面质点运行轨迹进行分析。对于带有带内支撑板的环形定子，因内支撑板较薄且质量小，故可以忽略支撑板的影响，视该定子为个环形薄板。另外，考虑到的定子环上的齿的宽度较小，故可忽略定子环的运动沿径向的变化，用定子环的平均半径即所对应的圆周面上的行波来表示定子的行波运动，这里，分别表示定子环的外径。显然，中径对应的圆周上的行波可描述为.式中，表示半径为的圆柱面上的弯曲行波波幅。为便于分析，现将半径为的圆柱面展开为矩形，同时给矩形赋与定厚度定子环的宽度，这样就得到个弹性等截面直梁，显然圆柱面和矩形面的几何对应关系为.将上式代入.后，可得.为了方便书写，引入记号.式中，为定子在半径为的圆周上的。

5、和相振型相差任意角度的振型都振型，因此，选择与相振型相差，可得到相驻波方程.根据线性波叠加原理可得.由式.可知，定子这时由正向行波，反向行波和驻波构成。得十分必要。超声电机具有这方面的优势。所以，未来的汽车行业，超声电机在这方面的应用将会大有作为磁悬浮列车的应用。磁悬浮列车上具有很强的磁场，传统电机在强磁场干扰下极易失效，这时超声电机的优越性能将完全取代传统的电磁电机。由于超声电机良好的性能，他没有电磁绕组和此路，抛弃了传统电机的电磁感应产生能量，改用压电陶瓷的逆压电效应，使得其具有精度高，体积小，不受磁场影响等特点。这给了超声电机的发展个良好的基础，过去的短短年间，从超声电机开始工程实用化以来，超声电机已经在很多方面。

6、,电机,机电,结构设计,毕业设计,全套,图纸摘要超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应，激励弹性体产生谐振作用，把电能转换成微米级振幅的振动，再依靠定子和转子之间产生的摩擦耦合将这细微振动扩大为转子及与之相联的轴的旋转运动。与传统电磁电机相比，具有质量小结构简单高效率低噪音低速大转矩和可以直接驱动负载等特点。在航空航天精密仪器生物医学与许多重要领域等具有广阔的应用前景。适应于工程上对超声电机的需要，本文设计了种旋转型行波超声电机，主要完成了以下工作.总结分析了国内超声电机技术的现状发展及所存在的问题.阐释了旋转行波超声电机的运动机理.利用软件建立了超声电机定子的数学模型，利用模型对定子的工作模态进行分析并计算，确定超声电机。

7、就需要对其进行极化，即需在压电陶瓷片上施加很高的直流极化电场，如图.所示，使铁电体中的“电畴”的取向尽可能具有致性，而撤除该电场后，由于铁电晶体具有类似磁滞的“电滞回线”特性，从而会使压电陶瓷中仍能保留定的剩余电场。当在此剩余电场上叠加小的交流电场时，由于交流电场相对很小，其作用般不足以使“电畴”转向，但可以引起电畴边界的移动，使与电场同向的电畴体积增大，与电场反向的电畴的体积减小，这样，经过极化的压电陶瓷便具有了较典型的压电性。可见，经极化处理后的压电陶瓷可当作压电晶体使用，而且其压电性会表现得更明显。当把交变电场以特定方式施加到压电陶瓷片上以后,通过逆压电效应可激发出压电陶瓷的振动模式，这时压电陶瓷就成为了个压电振。

8、产生机械能。可以看出传统电机的机械能主要靠电磁感应作用由电能转化而来。而超声电机不同于传统电机，超声电机的定子和转子是靠摩擦耦合将动力转换成转子或滑块运动，定子和转子是需要直接接触。因为超声电机不靠电磁感应原理来实现能量转换，所以超声电机不需要刺激和绕组。超声电机利用逆压电效应，在定子上粘贴上压电陶瓷元件，同时对压电陶瓷原件上施加交变电压，使定子产生高频机械振动，振动产生的定子和转子间的摩擦力使转子做定向的回转或直线运动。所以超声电机存在两种能量转换.压电陶瓷利用逆压电效应实现电能对机械能的转换。.定转子之间摩擦产生的机械能转换。超声电机具有转速低转矩大的特点。图.和图.分别为电磁电机和超声电机的转矩效率速度曲线图。由。

9、子。压电振子典型振动模式主要有垂直于电场方向的长度伸缩振动简称平行于电场方向的厚度伸缩振动简称，垂直电场平面内的平面切变振动简称和平行于电场平面的厚度切变振动简称等四种类型，如图.所示。设计压电振子时，除应选择合适的压电陶瓷材料之外，还要选择合适的压电振子振动模式。其中，板式旋转行波超声电机利用的是压电陶瓷的模式的振动。模式模式模式模式图.压电振子的四种振动模式.定子行波的产生图.定子有限元模型图.超声电机相振型图.超声电机相振型如图.和图.定子沿圆周波数为的个正交模态的振型，可称作相和相。相振型和相振型在空间上相差个波长，相位相差，所以为正交模态，用振型函数,来描述这个振型可得相振型驻波方程.因为定子板为轴对称结构，。

10、构.本章小结结论与展望.全文主要内容.工作展望.心得体会致谢参考文献绪论.超声电机的定义超声电机又叫做超声马达。超声电机利用压电材料的逆压电效应。实现电能对机械能的转化。相对于传统电机不同，超声电机是利用超声波频率范围内的机械震动作为驱动源的驱动器。超声电机的英文名为。简称为。.超声电机的特点超声电机是种新型的电机，它与传统意义上的电机无论是在使用上还是原理上都有很大的不同。超声电机具有以下几个特点超声电机的能量转换方式不同于传统电机。传统的电机，如异步电机等是通过电场的相互作用酱电能转换成机械能，电机的定子和转子并不直接接触，定转子间是有间隙的。通过电源供电产生电能，经过定子和转子上的线圈产生磁场，磁场力作用于转子，。

11、图可见，超声电机在小转矩，大转速的情况下效率高。而在低速大转矩的情况下效率则比较低下。图.图.超声电机具有体积较小，重量轻。超声电机依靠定子和转子的摩擦耦合获得机械能，不需要线圈和磁铁，因此相较于普通电机超声电机在相同转矩情况下拥有较小的体积和更轻的重量。无电磁干扰和电磁噪声，电磁兼容性好。因为超声电机没有磁极，所以不收外界电磁的影响，自身也没有电磁感应的影响。因此超声电机适合在强磁场的环境下工作。超声电机具有耐低温的特性，适合在真空的环境下运行，如在太空中。超声电机的定转子具有直接物理接触。当断电后，在静摩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。

12、的定子的工作模态.完成了直径超声电机的装配图和零件图的设计关键词超声电机模态分析设目录摘要目录绪论.超声电机的定义.超声电机的特点.超声电机的发展历史.超声电机的应用及发展前景.本次课题的研究方向及安排旋转行波超声电机的工作原理.引言.旋转行波超声电机的机械结构.超声电机的工作原理.压电陶瓷的工作原理.定子行波的产生.定子表面质点运动分析.本章小结定子模态分析计算.导言.固有频率的理论计算共振频率计算共振振幅的计算.定子建模分析软件简介定子建模定子分析.本章小结结构设计.导言.设计流程.定子机构设计定子内外径设计模态阶数选择和振动模态设计定子厚度驱动齿设计内支撑板设计.转子设计.摩擦层设计.设计结果.电机设计结果装配结。

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