復(fù)合材料超聲直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)源研究.pdf

1、超聲波電機(jī)作為一種新型的微致動(dòng)器自誕生之日起就一直受到科技界和工程界的廣泛關(guān)注。超聲波電機(jī)突破了傳統(tǒng)電機(jī)的概念，沒有磁極繞組，不依靠電磁介質(zhì)傳遞能量，而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)和彈性體產(chǎn)生的超聲振動(dòng)，將彈性定子的微觀變形通過共振放大和摩擦耦合轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子或滑塊的宏觀運(yùn)動(dòng)，具有低速大轉(zhuǎn)矩、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，有著廣闊的應(yīng)用前景。 超聲波電機(jī)的研究一直致力于新原理、新結(jié)構(gòu)的探索，已開發(fā)出的超聲波電機(jī)形式各異，功能干差萬別，但其關(guān)鍵部件

2、——彈性振動(dòng)體大多采用各向同性材料制造。在各向同性彈性振動(dòng)體內(nèi)，要產(chǎn)生導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)動(dòng)的所謂“橢圓運(yùn)動(dòng)”必須利用振動(dòng)模式組合或激振點(diǎn)的空間分布，致使電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的難度。本文利用各向異性復(fù)合材料做為振動(dòng)體，研制了一臺復(fù)合材料超聲直線電機(jī)，并就其致動(dòng)機(jī)理、振動(dòng)模態(tài)、驅(qū)動(dòng)源設(shè)計(jì)等進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。 論文以各向異性復(fù)合材料振動(dòng)體的振動(dòng)解析為基礎(chǔ)，從振動(dòng)體的微觀受力分析角度解釋了復(fù)合材料超聲直線電機(jī)的致動(dòng)機(jī)理；利用有限

3、元分析方法建立了碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)振動(dòng)體的有限元分析模型，分析了復(fù)合材料超聲直線電機(jī)的振動(dòng)模態(tài)，證明了電機(jī)在B(1，1)下具有最簡振動(dòng)模態(tài)，且有兩個(gè)簡并的B(1，1)固有諧振頻率，其等效應(yīng)力分布呈現(xiàn)出明顯的反向性，為電機(jī)振動(dòng)體及其驅(qū)動(dòng)源設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)；通過動(dòng)態(tài)仿真變形對比，指出欲使正反向運(yùn)動(dòng)速度都有較大的調(diào)節(jié)范圍，CFRP的纖維角應(yīng)取45°左右；根據(jù)復(fù)合材料