大力矩纵扭复合型超声波电机的理论及实验研究

首先提出了纵扭复合型超声波电机的设计理论。同时 ,指出纵振动系统设计精度低是导致纵扭复合型超声波电机难以实现模态简并的主要原因。通过实验研究 ,分析了纵、扭转振动在各自谐振点附近的振动特点 ,得出谐振 -非谐振点运行的纵扭复合型USM能输出较大力矩的原因。

复合型USM扭振动模态的设计理论

根据所建立的纵扭复合型超声波电机 ( U SM)扭转振动的理论模型推导出了电机扭转振动模式的谐振频率方程 ,利用该式计算可得到定子弹性体部分的尺寸 ,并用有限元法对计算结果进行验证。上述计算结果与以此理论模型设计的实验电机所测得的谐振频率进行比较 ,证明了上述理论的有效性。同时研制得到的电机具有较好的性能 ,其最大输出力矩可达 4 N· m以上。

复合型超声波电机纵振动系统的设计及其特性

从纵振动压电振子预应力的控制及其安装位置的选择对纵扭复合型USM纵振动系统性能的影响进行了探讨 。

超声波电机原理性样机大力矩的实现

指出调节纵扭振动谐振频率一致 (这一过程称为模态简并 )是提高纵扭复合型超声波电机输出力矩的关键。有限元方法计算得到的纵扭模态频率往往与实际存在着一定的误差 ,因此文中介绍了 3种较实用的纵扭模态简并方法 :调节定子有效截面系数α,调节转子高度以及采用缩颈结构调节配重质量 ,并结合实验研究分别对这 3种方案进行了评价。经模态简并后的纵扭复合型超声波电机原理性样机 ,最大输出扭矩已超过 4Nm。