行波型超聲波電機(jī)畢業(yè)設(shè)計說明書畢業(yè)論文.doc

目錄第1章緒論.31.1超聲波電機(jī)的定義與發(fā)展歷史.31.2超聲波電機(jī)的基本工作原理.41.3超聲波電機(jī)的分類.51.4超聲波電機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用.61.5超聲波電機(jī)技術(shù)的展望.6第2章行波型超聲波電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理.82.1橢圓運(yùn)動的分析.82.2駐波的產(chǎn)生及行波的合成.10第3章行波型超聲波電機(jī)的理論計算與設(shè)計.133.1定子諧振頻率的計算.133.2壓電陶瓷換能器的設(shè)計和制作.163.2.1壓電陶瓷的設(shè)計.163.2.2壓電陶瓷材料的選用.173.2.3壓電陶瓷的接線方式.173.3定子的設(shè)計及制作.193.3.1定子尺寸與行波超聲波電機(jī)輸出特性的關(guān)系.193.3.2定子的內(nèi)外徑尺寸的選擇.213.3.3定子的振動模態(tài)的選擇.213.3.4定子的齒形齒數(shù)設(shè)計.213.3.5定子的結(jié)構(gòu)設(shè)計.223.3.7定子材料的選擇.233.4轉(zhuǎn)子的設(shè)計及制作.243.4.1超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)子的柔性要求.243.4.2定轉(zhuǎn)子徑向彎曲配合.253.4.摩擦層的設(shè)計.263.5定轉(zhuǎn)子設(shè)計的總結(jié).26第4章樣機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計.27第5章全文總結(jié).29參考文獻(xiàn).30致謝.31附錄.錯誤!未定義書簽。英文翻譯譯文.錯誤!未定義書簽。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院1行波型超聲波電機(jī)設(shè)計摘要：超聲波電機(jī)是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)工作的新概念、新原理電機(jī)。與傳統(tǒng)電磁型電機(jī)截然不同，其驅(qū)動力矩并非由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，它利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)使定子產(chǎn)生超聲波振動，通過定子和轉(zhuǎn)子間的摩擦力來驅(qū)動轉(zhuǎn)子。由于超聲波電機(jī)特殊的工作原理，它具有很多傳統(tǒng)電磁電機(jī)無法比擬的優(yōu)越性能，如結(jié)構(gòu)緊湊、低速大轉(zhuǎn)矩、響應(yīng)速度快、不受磁場影響、斷電自鎖、可直接驅(qū)動負(fù)載等。正是由于超聲波電機(jī)具有許多的優(yōu)點(diǎn)和廣闊的應(yīng)用前景，成為當(dāng)前世界范圍內(nèi)的一門新興前沿課題。本文主要以旋轉(zhuǎn)行波型超聲波電機(jī)為研究對象，設(shè)計制作超聲波電機(jī)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。研究的主要內(nèi)容可概括如下：系統(tǒng)地總結(jié)國內(nèi)外超聲波電機(jī)的發(fā)展歷史和重要意義，介紹了超聲波電機(jī)的工作原理、分類、特點(diǎn)及其應(yīng)用前景。在對超聲波電機(jī)相關(guān)理論研究的基礎(chǔ)上，從超聲波電機(jī)定子設(shè)計著手，詳細(xì)介紹了超聲波電機(jī)的設(shè)計和制作過程。關(guān)鍵詞：超聲波電機(jī)壓電陶瓷行波湘潭大學(xué)興湘學(xué)院2DesignofTravelingWaveUltrasonicMotorAbstract：Ultrasonicmotorisauseoftheinversepiezoelectriceffectofpiezoelectricceramicworkofnewconcepts,newprinciplesofmotors.Verydifferentfromthetraditionalelectromagneticmotor,thedrivingtorqueisnotgeneratedbytheelectromagneticinduction,whichusesthepiezoelectriceffecttogenerateultrasonicvibrationofstator,throughthefrictionbetweenthestatorandrotortodrivetherotor.Sincetheworkingprincipleofultrasonicmotorsspecial,ithasalotoftraditionalelectromagneticmotorscannotmatchthesuperiorperformance,suchascompactstructure,lowspeedhightorque,fastresponse,freefrommagneticinfluence,powerlocking,candirectlydrivetheloadandsoon.Itisbecauseofultrasonicmotorhasmanyadvantagesandpotentialapplications,becometheworldsanewfrontiersubject.Inthispaper,arotarytravelingwavetypeultrasonicmotorforthestudy,designedtheexperimentalprototypeultrasonicmotor.Themaincontentcanbesummarizedasfollows:Thesystemsumsupthehistoryofthedevelopmentofultrasonicmotorhomeandabroadandtheimportanceofintroducingtheprincipleofultrasonicmotors,classification,characteristicsandapplicationprospects.Inthetheoryofultrasonicmotorsbasedonultrasonicstatordesignfromthestart,ultrasonicmotordescribedindetailthedesignandproductionprocess.Keywords:UltrasonicMotorPiezoelectricceramicsTravelingWave湘潭大學(xué)興湘學(xué)院3第1章緒論本章主要介紹超聲波電機(jī)的概念、分類、特點(diǎn)及其應(yīng)用，總結(jié)了其發(fā)展歷史和應(yīng)用展望。1.1超聲波電機(jī)的定義與發(fā)展歷史傳統(tǒng)電機(jī)的發(fā)明和發(fā)展已有100多年的歷史。無論在理論上、設(shè)計方法上或制造技術(shù)上，都已達(dá)到十分完善的程度。由于它的工作原理和結(jié)構(gòu)的限制，難以滿足當(dāng)前對電機(jī)所提出的短、小、薄、低噪聲、無電磁干擾等要求。為此，世界各國都在努力研究各種新型電機(jī)。其中，二十世紀(jì)末期發(fā)展起來的超聲波電機(jī)算是最典型的一種。超聲波電機(jī)（UltrasonicMotor，簡稱USM）的基本結(jié)構(gòu)及工作原理完全不同于傳統(tǒng)的電機(jī)，沒有繞組與磁路，不以電磁作用傳遞能量，而是一種利用超聲波振動能作為驅(qū)動源的新原理電機(jī)，是電機(jī)制造、機(jī)械振動學(xué)、摩擦學(xué)、功能材料、電子技術(shù)和自動控制等學(xué)科綜合交叉發(fā)展的產(chǎn)物。它將電能通過壓電陶瓷轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動能，然后又借助摩擦力將機(jī)械振動能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。由于超聲波電機(jī)特殊的工作原理，它具有很多傳統(tǒng)電磁電機(jī)無法比擬的優(yōu)越性能，如低速大轉(zhuǎn)矩、體積小、重量輕、功率密度大、響應(yīng)速度快、微位移、不受電磁場的影響、掉電自保護(hù)、設(shè)計自由度大、可直接驅(qū)動負(fù)載等。可以說，超聲波電機(jī)技術(shù)是處于當(dāng)今世界高新技術(shù)之一。雖然USM是近二十年才備受重視并得到巨大發(fā)展的一種新型直接驅(qū)動電機(jī)，其發(fā)展史卻可追溯到五十多年以前。50多年前，人們就知道了超聲波電機(jī)的這個驅(qū)動原理，然而由于當(dāng)時材料與技術(shù)的局限，超聲波電機(jī)只能是“空中樓閣”，沒有得以實(shí)現(xiàn)。一直到80年代初，具有高轉(zhuǎn)換效率的壓電材料出現(xiàn)以后，再加上電力電子控制技術(shù)的發(fā)展，才逐步研制出各種各樣的超聲波電機(jī)。據(jù)筆者收集的資料，將超聲波電機(jī)的發(fā)展歷史過程總結(jié)如下：利用彈性振動獲得動力的嘗試是從鐘表開始的。1961年，英國的BulovaWatch