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摘要超声波电机是上世纪八十年代的产物，其原理是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动来获得其运动和力矩。其中，柱体超声波电机不仅具有低速大转矩、响应速度快、断电自锁、不受磁场干扰等优良特性,而且由于其采用兰杰文振子,结构较为简单，便于实现自动化生产，是目前国内外研究的热点。为了提高其实用性,使其支撑得更稳定，在设计过程中提出了一种方底座柱体超声波电机。33978
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本文的研究对象是方底座超声电机。文中分析了电机运行机理,并在ANSYS中建立方底座超声波电机定子有限元模型。通过进行模态分析和谐响应分析，得到仿真结果，从而分析电机不对称性对运行稳定性的影响。
关键词 方底座超声波电机 稳定性 ANSYS 有限元模型 不对称性
毕业论文设计说明书外文摘要
Title The Research of the Stability of The Square base Ultrasonic Motor
Abstract
Ultrasonic motor is a product of the eighties of the last century. Its principle is using the inverse piezoelectric effect of piezoelectric ceramics and Ultrasonic vibration to obtain their motion and torque. The excellent characteristics of column ultrasonic motor is low speed and high torque, fast response, self-locking and free from magnetic interference, etc.. In addition, because of its using Langevin transducer, its structure is simple. So it’s easy to product automatically and currently becomes hot research spot. In order to support a more stable, to improve its usefulness, we proposed a square base column ultrasonic motor in the design process.
Object of this study is square base column ultrasonic motor. This paper analyzes the operation mechanism of the motor, and establish the finite element model of the stator of the square base ultrasonic motor in ANSYS. By modal analysis and harmonic response analysis, simulation results is used to analyze the impact on the operational stability of asymmetry.
Keywords square base column ultrasonic motor, Stability， ANSYS，
finite element model，asymmetry
目 次
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 超声波电机的特点 3
1.3 有限元分析简介 3
2 柱体超声波电机介绍 5
2.1 超声波电机的原理 5
2.2 柱体超声波电机的结构及工作原理 5
3 方底座超声波电机的有限元分析与建模 7
3.1 有限元分析的方法和特点 7
3.2 方底座超声波电机定子结构的建模 9
4 方底座超声波电机的稳定性研究 11
4.1 方底座超声波电机定子的模态分析 11
4.2 方底座超声波电机定子的谐响应分析 16
4.3 ANSYS有限元分析的结论 20
结论 21
致谢 22
参考文献23
1 引言
传统电磁电机的发展至今已经100多年，在理论、制造和设计等方面都已十分成熟。但由于它在工作原理和结构上的限制，越来越难以满足当前先进科技行业对电机所提出的要求，因而超声波电动机应运而生。
超声波电动机起源于上世纪八十年代，具有低速大转矩、响应快、结构简单、电磁兼容好和控制性好等突出优点。它已在机器人、精密仪器仪表、航空航天等众多领域得到广泛的应用，并在未来的生产生活中有更加广阔的发展空间。本文便对超声波电动机中重要的分支柱体超声波电机进行研究，以适应社会时代的研究需求，加深对所学专业相关内容的理解和掌握[13]。
1.1 研究背景
1.1.1 超声波电机的发展史
1948年，Williams和Brown的压电马虽由于技术条件限制未制成样机，但它的研制点燃了研究超声波电动机的火花。自此开始，超声波电动机开始走上飞速发展的道路。1961年，日本的音叉振动驱动钟表齿轮，月误差仅为一分钟，刷新了当时的世界纪录，开创了用弹性振动产生动能的先例。此后，前苏联科学家Lavrinenco在1965年提出了压电板振动超声波电动机，通过压电板的振动使转子产生转矩，并归纳出了超声波电动机具有低速大转矩、能量密度大、能量转换效率高、运动精确、结构紧凑、成本低等特性。1973年，Barth提出了用楔形超声波振子驱动转子的结构。这种结构利用压电元件使楔形压电振子产生振动。使压电振子的牛角尖端与转子的表面接触，通过产生摩擦来驱动转子。1978年，前苏联人Vasiliev设计了一种能驱动较大负载的超声波电机。它的结构是采用两个金属块间夹压电元件，利用振动片纵向振动其所诱发的弯曲振动，通过摩擦来使转子产生转矩。这种结构具有共振频率低、振幅大的优点，成为最先被应用于实际的超声波电机[1]。