• 书名：直线超声电机技术

• ISBN：978-7-5240-0185-0

• 出版社：冶金工业出版社有限公司

• 定价：69

• 作者：王笑竹

出版时间：2025-05-23

内容简介

本书从振动理论出发，阐述了驻波超声电机的运行机理、结构参数优化设计、驱动与控制技术，深入而完整地总结了著者在超声电机结构方面的设计与创新。全书共4章。第1~2章为超声电机技术的概述和运行机理；第3～4章为方环形超声电机和H形超声电机。
本书在纵、弯复合模态直线超声电机的基础上，提出并试制了一种新型的直线超声电机。该电机利用H压电振子两侧直梁的1阶交替伸缩振动模态和3阶对称弯曲振动模态叠加，在振子的四个驱动齿上产生椭圆运动或斜直线运动轨迹，驱动动子（滑块）做直线运动。通过改变两模态激励电信号相位差实现动子的正、反方向运动。利用ANSYS软件对振子进行了结构动态设计，使两模态频率差最小。

前言概述

本书介绍了超声电机动力系统的组成，压电振子作为超声电机动力系统的核心，它的激励方式和激振模态决定了电机的工作模式。较详细的阐述了压电陶瓷的特性、振动模式以及由压电陶瓷片和直梁组成的压电振子。从理论上分析了单一模态和复合模态驻波型直线超声电机的工作原理。在环形行波型超声电机的基础上，设计并制作了一种方环形结构的驱动器，该驱动器利用振子的同阶、同频模态实现正、反方向的运动，在一定程度上简化了驱动电路。经有限元分析确定了振子的工作模态为B9阶面内弯曲模态，该阶模态两个振型的固有频率分别为60690Hz、60694Hz，频率差为4Hz，从设计上实现了振子同阶、同频的要求。针对所选模态，对整个振子（振子、柔性铰链、支撑）进行动态设计，最终确定各个部分的几何尺寸。同时，分析了各个部分几何参数对模态的影响及灵敏度，分析表明铰链的几何尺寸对模态及频率差的影响最为敏感。在纵、弯复合模态直线超声电机的基础上，提出并试制了一种H形振子结构的直线超声电机。该电机利用H压电振子两侧直梁的1阶交替伸缩振动模态和3阶对称弯曲振动模态叠加，在振子的四个驱动齿上产生椭圆运动或斜直线运动轨迹，驱动动子（滑块）做直线运动。利用有限元分析软件ANSYS完成了振子与支撑结构的一体化设计。利用柔性铰链结构连接振子与固定支撑，分析表明：该结构对振子的工作模态的影响足够小。对H形压电振子进行了结构优化设计。以振子的主要结构尺寸参数为设计变量，以纵、弯振动模态频率差最小为目标对振子进行了优化，确定了振子的各结构参数。通过有限元分析对振子结构优化可得，振子纵、弯振动模态固有频率分别为33075Hz和33083Hz频率差为8Hz。并分析了各主要结构参数对工作模态的影响。分析表明，中间横梁、纵横梁之间的柔性铰链尺寸参数对模态影响较为敏感。实验测试结果表明，压电振子完全达到了设计要求，且运动平稳。
特别感谢营口理工学院张健老师对作者给予的帮助和支持。
本书内容涉及的研究工作先后得到了2024年度辽宁省教育厅高校基本科研项目（LJ212414435005、LJ232414435003）、2023年度辽宁省教育厅科研项目（JYTMS20230059）、辽宁省储能与能源利用技术重点实验室2024年项目（CNNK202408、CNNK202416）、2024年辽宁省自然科学基金区域联合计划项目（2024LNYKJ13）、2024年营口理工学院校级科研项目（FDL202402、FDL202403）等的资助，特此致谢。
本书在撰写过程中，参考了有关文献资料，在此，向文献资料的作者表示感谢。由于作者水平所限，书中不妥之处，敬请广大读者批评指正。

目录

第1章超声电机

1.1直线超声电机概述

1.1.1 直线超声电机的特点1.1.2直线超声电机的应用

1.2 国内外直线超声电机的研究现状

1.2.1 国外研究现状1.2.2 国内研究现状

1.3直线超声电机技术面临的问题

第2章 驻波型直线超声电机的工作机理

2.1 超声电机动力系统的构成

2.2压电振子

2.2.1 压电陶瓷2.2.2 振动模态2.2.3 直梁型压电振子

2.3驻波型直线超声电机的工作原理

2.3.1 单一模态型2.3.2 复合模态型

2.4小 结

第3章 方环形超声电机

3.1 振子的结构设计

3.1.1方环形振子3.1.2振型的选择3.1.3驱动齿的布置3.1.4支撑结构的设计3.1.5振子材料的选择3.1.6压电陶瓷的粘贴3.1.7摩擦材料的选取

3.2方环形振子的动态设计

3.2.1ANSYS在超声电机设计中的应用3.2.2基于ANSYS的振子有限元分析3.2.3振子结构几何参数对模态的影响

3.3实验研究

3.3.1实验设备及测试原理3.3.2振子谐振频率的测试3.3.3振型检测3.3.4原理样机性能测试

3.3.5小 结

第4章H形直线超声电机

4.1 H形弹性体的振动模态

4.1.1杆梁的振动理论4.1.2 H形弹性体的振动模态

4.2电机的驱动原理

4.2.1 压电驱动技术基础4.2.2H形压电振子4.2.3H形振子工作模态的激励4.2.4 驱动齿驱动点运动轨迹4.2.5振子在一个周期内的驱动过程

4.3振子的结构及模态优化

4.3.1 样机振子的结构方案4.3.2振子的模态优化设计4.3.3振子的刚度分析

4.4原理样机的设计与制作

4.4.1动子滑块的设计4.4.2振子支座的设计4.4.3预紧力装置的设计

4.5样机的实验研究

4.5.1振子的工作模态测试4.5.2样机的输出性能研究

4.6结论