四梁耦合振子式超声波电机样机的设计广汉

四梁耦合振子式超声波电机样机的设计

四梁耦合振子式超声波电机样机的设计 2012年10月16日 来源： 对四梁耦合振子式超声波电动机的驱动机理进行了研究，设计并制作了四梁耦合振子式的新型结构电机，并进行了实验测试。实验结果表明，该类型电机不但结构简单紧凑，而且具有良好的输出性能，如反应速度快、控制特性好，低速大转矩等，设计达到了预期效果。该研究对模态转换型新型超声波电动机的研发有实际意义伽参考价值。 耦合振子式超声波电动机一般由定子、转子和外壳等部分组成。其中定子部分设计比较关键且很重要，其结构常为压电换能器、变幅杆和耦合振子等部分构成。于本文考虑到电机结构的紧凑性，所采用的定子结构是由压电换能器和耦合振子构成。其中压电换能器主要产生纵向振动，将电能转化为超声振动能，而在定子前端部与转子直接接触的耦合振子将纵向振动转换为弯曲(扭)振动，从而实现纵一弯(纵一扭)振动的合成。通过模态转换使得两种振动模态合成后便可以在耦合振子表面形成椭圆运动的轨迹，从而推动转子运动。本文设计并制作出此种类型电机，进行了实验研究。 1压电换能器 压电换能器采用夹心式复合换能器(兰杰文振子)的结构来实现纵向振动。该换能器结构是由压电陶瓷片和前后金属盖板组成，利用螺钉联接预紧。其中，压电换能器设计的谐振频率(电机的工作频率)约为40 kHz，其总长度设计为波长的l／4左右。如图l所示。 从图l中可以看到，①部分即为定子中的后盖板，②部分为两片纵向极化的压电陶瓷片，③部分为定子的前盖板，④部分为耦合振子。其中压电换能器的长度应该为L1+L2+L3。 2耦合振子 耦合振子式超声波电动机是通过压电换能器的纵振动和耦合振子的弯曲(扭)振动的合成，使其在耦合振子上端面形成椭圆运动的轨迹bl。本文中耦合振子采用单独设计的为四梁耦合振子，其实物图如图2所示。 四梁耦合振子的总高度为ll．6 mm，中间盘的厚度为3 mm，内外直径分别为6．5mm、l5 mm，每一个腿的高度为2 mm，弧长为l／8圆盘周长，每个梁的高度为6．6 mm，对于耦合振子的结构比较复杂，所以很难用解析法对其进行分析计算，本文采用了有限元法对其进行了动态特性分析研究。耦合振子被划分为6 7 11个节点，l 698个单元，对其进行模态分析。图3(a)、图3(b)为四梁耦合振子的的两个弯曲振动的振型，其振动频率分别为36．133 kHz和37．436 kHz。 3电机定子结构 电机定子的结构方案为压电换能器和耦合振子组成，其实物图如图4所示。

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