基于准h式超声换能器的压电直线电机研究

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1、学校代码：10406分类号：TM359.9学号：120080201011南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）基于准H式超声换能器的压电直线电机研究（江西省教育厅一般科技项目No.GJJ12416江西省自然科学基金No.20151BAB206036）硕士研究生：肖煜涵导师：贺红林教授申请学位级别：硕士学科、专业：机械制造及其自动化所在单位：南昌航空大学答辩日期：2015年6月授予学位单位：南昌航空大学ThepiezoelectriclinearmotorresearchontransducerUltrasonicbasedonquasi-HType（SupportedByJiangxide

2、partmentofeducationscienceandtechnologyprojectsNo.GJJ12416AndJiangxiNatureScienceFoundationNo.20151BAB206036）AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterOnMechanicalManufacturingandAutomationByXiaoYuhanUndertheSupervisionofProf.HeHonglin(CollegeofAeronauticalManufacturingEngineering)NanchangHangkongUniver

3、sity,Nanchang,ChinaJun,2015摘要超声电机是一种国内外正着力发展的高新技术电机，是当前微特电机领域的研究热点，在航空航天、医疗器械、生物工程等许多领域内具有广泛应用前景。目前，直线超声电机技术还不成熟，普遍存在结构型式单一、推力较小、速度不高等问题。为丰富直线超声电机型式并改进电机性能，本文着力研究了直线超声电机设计理论总结技术，完成了以下工作：1、回顾了压电直线超声电机的发展，介绍了直线超声电机的特点及应用，厘清了直线超声电机的分类，阐明了直线超声电机的研究现状，指出直线超声电机研究的关键问题，说明了本研究的目的与意义。2、提出一种基于面内复合模态的准H型变截面夹

4、心式定子的直线电机。建立了该定子APDL参数化分析模型。以两相模态频率一致且工作振幅最大为目标，通过对定子结构尺寸进行模态灵敏度分析和计算，实现了定子动力学特性的优化并求得定子优化尺寸为37mm×60mm×11mm。阐释了电机的驱动机理，推导了其定子驱动端椭圆运动轨迹方程，通过施加电压载荷对定子振动特性进行了瞬态分析仿真，求得定子在200V电机激励下的纵、弯工作振幅为8μm和6μm，并通过对施加电压载荷的改变验证了在激励不同的情况下椭圆运动轨迹的变化。3、提出一种两直线自由度的准H型变截面夹心式定子的直线电机，该定子以面内纵弯复合模态以及面外复合模态作为工作模态，并阐释了电机的运动原理。通

5、过对该定子的结构尺寸进行模态灵敏度分析和计算，实现了其结构动力学优化，并求得定子优化尺寸为34.4mm×59.2mm×11.5mm．建立了电机机电耦合数值分析模型，仿真出定子频响特性曲线以及椭圆运动轨迹。4、基于准H型变截面夹心式定子提出了两种电机装配方案，并基于摩擦学原理对两种方案分别进行了分析，最终得出一种较为可靠的装配方案，为样机的研制提供了理论依据。关键词：复合模态，超声电机，驱动机理，动力学设计IAbstractUltrasonicmotorisahigh-techmotordomesticandforeignfocusonthepositivedevelopmentisthef

6、ocusofcurrentresearchinthefieldofmicro-motor,inmanyfieldssuchasaerospace,medicalequipment,biotechnologyhasabroadapplicationprospects.Currently,thelinearultrasonicmotortechnologyisnotmature,widespreadstructuraltypesinglethrustissmall,nothighspeed.Inordertoenrichandimprovethelinearmotortypeultrasoni

7、cmotorperformance,thispaperdevotedtostudyingthetheoryoflinearultrasonicmotordesignsummarizedtechnologyandcompletethefollowingwork:1.Reviewedthedevelopmentofultrasonicpiezolinearmotors,anddescribesthecharacteristi