摘要超声波电机是一种全新概念的微电机，它利用压电陶瓷的逆压电效应，使定子产生超声频率范围内的振动，然后通过定子、转子之间的摩擦获得运动和转矩。USM具有体积小、低速大扭矩、响应快、低噪声、无电磁干扰、可直接驱动等优点，已成为国内外研究的热点。59674

本文首先对超声波电机的发展历史和研究现状进行了综述，然后介绍了压电效应、压电陶瓷以及环形行波型超声波电机的结构特点和运行机理。接着采用ANSYS对超声波电机定子进行了振动模态有限元分析，并计算出了相应的工作模态。最后是对全文的总结，并指出了有待进一步深入研究的问题。

毕业论文关键词 超声波电机;压电效应;有限元法;模态分析

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title  Analysis of Ring-type Traveling Wave       Ultrasonic Motors  Based on ANSYS                                  

Abstract

Ultrasonic motor is a new concept of micro-motor, which uses the inverse piezoelectric effect of piezoelectric ceramics to make the stator generate vibrations in the ultrasonic frequency range, and then get the motion and torque through the friction between the stator and the rotor . USM  has the advantage of small size, low speed at high torque, fast response, low noise, no electromagnetic interference, drive directly, etc., which has become a hot research.

Firstly, history of development and present situation of research of the ultrasonic motor are reviewed, then the piezoelectric effect, piezoelectric ceramic, structural characteristics and operation mechanism of ring-type traveling wave ultrasonic motors are introduced. Then the stator model is built and its modal analysis is implemented using ANSYS, furthermore, the suitable resonant frequency is chose for the ultrasonic motor stator. Finally, further study is pointed out.

Keyword Ultrasonic motor; piezoelectric effect; finite element method; modal analysis

目录

1绪论 1

1.1超声波电机发展简史  2

1.2超声波电机分类和存着的问题  3

1.3超声波电机的应用  4

1.4超声波电机的研究现状 5

1.5论文的主要研究内容与方法6

1.6本章小结  6

2超声波电机的结构与工作原理 6

2.1压电效应与压电陶瓷6

2.1.1压电效应与逆压电效应  6

2.1.2压电陶瓷  7

  2.1.3压电方程 8

2.2环形行波超声波电机的结构 9

  2.3环形行波超声波电机的运行原理9

2.4本章小结11

3环形超声波电机利用ANSYS的有限元分析12

  3.1有限元分析及其建模12

3.1.1ANSYS简介12

3.1.2ANSYS分析过程12

  3.1.3利用ANSYS对超声波定子进行建模13

3.2定子的有限元模态分析18

3.2.1超声波振动模态有限元数学分析18

  3.2.2超声波电机定子振动模态有限元分析19

  3.2.3工作模态的选择22

3.3本章小结23

  结论24

致谢25

参考文献26

1  绪论

    本章简单介绍了超声波电机的发展和应用概况，并对其研究现状与存在的问题进行了分析，在此基础上给出了本课题的研究意义和主要研究内容。

    随着科学技术的发展，特别是航空航天、精密仪器和微机电系统等高新技术的发展，要求电机具有体积小、重量轻、无噪声、无电磁干扰等特点。由于受到结构形式及工作原理的制约，基于电磁感应的电机不具备上述特点，研发具备上述特点的新型微特电机成为必需，而超声波电机就是目前各类新型微特电机中较为成熟的一种。