【摘 要】
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超声波马达是20世纪80年代迅速发展起来的新型驱动器,在航空航天、精密仪器、机器人和汽车工业等领域具有广阔的应用前景.其中弯曲旋转超声波马达由于结构和工艺相对简单,使
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超声波马达是20世纪80年代迅速发展起来的新型驱动器,在航空航天、精密仪器、机器人和汽车工业等领域具有广阔的应用前景.其中弯曲旋转超声波马达由于结构和工艺相对简单,使它成为所有超声波马达中最容易实现微型化和产业化的一种马达.但是,现有几种弯曲旋转超声波马达要想实现微型化和产业化在工艺结构上都存在着难以克服的困难,所以该文设计了一种新型的弯曲旋转超声波马达,这对弯曲旋转超声波马达向着微型化和产业化方向发展,具有重要的理论和实际意义.该文从简单梁的弯曲振动理论入手,推导出马达定子表面质点的运动轨迹方程,论述了弯曲旋转超声波马达的运行机理.在分析已有的几种弯曲旋转超声波马达的基础上,根据压电片的压电效应和简单梁的弯曲振动理论,设计出一种新型的金属柱状马达定子,并用ANSYS有限元软件对定子进行了模态计算,计算出各阶固有频率和各阶弯曲振型.并在理论上分析了马达定子的长度、直径、两平面的夹角等因素对马达共振频率的影响,从而确定了马达的定子尺寸.设计出马达的整体结构,并对其零部件进行加工,研究制作了两种定子尺寸(直径分别为φ1mm和φ2mm)的马达.并在实验中对其弯曲振动模态进行了调试,找到其共振频率,其中定子直径为φ2mm的马达已经顺利运转.分析了定子固定方式和上下套筒的装配方式对马达模态的影响,并选用正确的装配方式来组装马达.详细测试了马达的各种机械性能,测试出直径为φ2mm的马达的负载特性,在工作频率f=44kHz、激励申压V<,p-p>=206V的条件下,得出其堵转力矩T<,0>=49.86μNm、空载转速N=1000 r/min.详细分析了负载转矩、频率、电压、相位差等改变时对马达输出性能的影响.
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