60mm旋转行波超声电机设计及工艺
摘要：超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应，激励弹性体产生谐振作用，把电能转换成微米级振幅的振动，再依靠定子和转子之间产生的摩擦耦合将这细微振动扩大为转子及与之相联的轴的旋转运动。与传统电磁电机相比，具有质量小、结构简单、效率高、噪音小、低速大转矩和可以直接驱动负载等特点。在航空航天、精密仪器、生物医学与许多重要领域等具有广阔的应用前景。
适应于工程上对超声电机的需要，本文设计了一种直径为60mm旋转型行波超声电机，主要完成了以下工作：
总结分析了国内超声电机技术的现状、发展及所存在的问题；
阐释了旋转行波超声电机的运动机理；
利用ANSYS软件建立了超声电机定子的数学模型，利用模型对定子的工作模态进行分析并计算，确定了60mm直径超声电机的定子的工作模态；
完成了60mm直径超声电机的装配图和零件图的设计;
编制了定子的机加工工艺。
关键词：超声电机 模态分析 设计
目 录
1. 前言
1.1 概述………………………………………………………………………（01）
1.1.1 超声电机的定义………………………………………………………（01）
1.1.2 超声电机的特点………………………………………………………（01）
1.1.3 超声电机的应用………………………………………………………（03）
1.2 超声电机技术的发展及其研究意义……………………………………（04）
1.2.1 超声电机的发展过程…………………………………………………（05）
1.2.2 研究超声电机的意义…………………………………………………（08）
1.3 超声电机的分类…………………………………………………………（08）
1.4 本文主要研究的方向和内容安排………………………………………（08）
2. 旋转行波超声电机的工作原理
2.1 引言………………………………………………………………………（10）
2.2 旋转行波超声电机的工作原理及其结构………………………………（10）
2.2.1 旋转行波超声电机的工作原理………………………………………（10）
2.2.2 旋转行波超声电机的结构……………………………………………（11）
2.3 旋转行波超声电机的运动机理分析……………………………………（11）
2.3.1 压电陶瓷与压电振子…………………………………………………（11）
2.3.2 压电陶瓷的极化配电装置……………………………………………（13）
2.3.3 弯曲驻波的产生过程…………………………………………………（14）
2.3.4 弯曲行波的产生过程和运动分析……………………………………（16）
2.4 超声电机定子表面质点的运动分析……………………………………（18）
2.5 本章小结…………………………………………………………………（20）
3.超声电机的定子模态分析计算
3.1 引言………………………………………………………………………（21）
3.2 定子固有频率的理论计算………………………………………………（21）
3.2.1 共振频率的计算………………………………………………………（21）
3.2.2 共振振幅的计算………………………………………………………（23）
3.3 定子建模与计算…………………………………………………………（25）
3.3.1 ANSYS简介……………………………………………………………（25）
3.3.2 定子建模………………………………………………………………（25）
3.3.3 定子的ANSYS分析……………………………………………………（27）
3.4 本章小结…………………………………………………………………（29）
4. 旋转行波超声电机的结构设计
4.1 引言………………………………………………………………………（30）
4.2 超声电机的设计流程……………………………………………………（31）
4.3 定子的结构设计…………………………………………………………（31）
4.3.1 定子内外径的选择……………………………………………………（32）
4.3.2 振动模态的设计与模态阶数的选择…………………………………（32）
4.3.3 定子厚度的确定………………………………………………………（33）
4.3.4 定子齿的设计…………………………………………………………（33）
4.3.5 定子内支撑板设计……………………………………………………（34）
4.3.6 粘结层对定子振动特性的影响………………………………………（34）
4.4 转子的设计………………………………………………………………（34）
4.5 摩擦层的设计……………………………………………………………（35）
4.6 超声电机的设计结果……………………………………………………（36）
4.7 板式旋转行波超声电机的装配结构……………………………………（37）
4.8 本章小结…………………………………………………………………（39）
5. 定子的机加工工艺设计
5.1 分析零件的作用…………………………………………………………（40）
5.2 加工对象材料分析………………………………………………………（40）
5.2.1 定子材料………………………………………………………………（40）
5.2.2 QSn6.5—0.4的性能和用途…………………………………………（40）
5.3 零件的技术要求…………………………………………………………（41）
5.3.1 工艺要求………………………………………………………………（41）
5.3.2 技术依据………………………………………………………………（41）
5.3.3 生成类型的确定………………………………………………………（41）
5.4 制定定子的工艺路线……………………………………………………（41）
5.4.1 工艺路线方案一………………………………………………………（42）
5.4.2 工艺路线方案二………………………………………………………（42）
5.4.3 工艺路线方案三………………………………………………………（43）
5.5 确定切削用量……………………………………………………………（43）
5.6 刀具的选用………………………………………………………………（44）
6. 全文总结…………………………………………………………………（46）
致谢 ……………………………………………………………………………（47）
参考文献………………………………………………………………………（48）
附录 ……………………………………………………………………………（49）
