ANSYS短柱超声波电机支撑的研究

摘要超声波电机利用压电陶瓷的逆电压效应产生超声振动，并将这种振动通过摩擦耦合来直接驱动转子或滑块的旋转。而由于短柱超声波电机（直径和长度接近）电机的压电陶瓷不需要粘接，工艺简单，便于实现自动化生产，是目前国内外研究的热点。由于超声波电机定子的支撑方式会对定子振动频率和振型产生一定影响，从而影响电机的性能。所以选择何种支撑方式成为重要的研究内容。首先介绍了超声波电机的研究背景及工作原理，接着，利用 ANSYS 有限元分析软件建立短柱超声波电机定子模型，通过对直径10mm超声波电机的两种不同支撑方式进行模态分析，谐响应分析。最后通过对两种不同支撑的谐响应分析的结果进行对比，确定弹性支撑为最优支撑方式。10047
关键词：短柱超声波电机(USM)，支撑方式，ANSYS，有限元模型，模态分析，谐
响应分析 Title   The Research of the Support of the Ultrasonic Moter
Abstract
Ultrasonic motor uses reverse voltage effect of piezoelectric ceramics to
generate ultrasonic vibration, and make this vibration coupling driving
the rotor and slider rotation directly through the friction. Short columns
ultrasonic motor's(diameter approximate length) piezoelectric ceramic
does not require bonding.It's manufacturing engineering is simple, and it
is easy to product automatically, At present , It has been the focus of
research both at home and abroad.
The support way of the ultrasonic motor’s stator have a certain impact
on the stator vibration frequency and the mode of vibration. Thus affect
the performance of the motor. Therefore the selection of the support way
becomes an important research content. Firstly , the research background
of ultrasonic motor and principle is introduced.Then, the short column
ultrasonic motor stator model is built using the ANSYS finite element
analysis software. Modal analysis and harmonic response analysis have been
done through two different methods of support for 10mm diameter ultrasonic
motor finite element model. Finally through comparing the results of the
harmonic response analysis of different support ways, the optimal support
is determined as elastic support strut way.
Keywords: Short Columns Ultrasonic Motor(USM), the Support Way,
ANSYS, Finite Element Model, Modal Analysis, Harmonic Response Analysis
目次
1 绪论 . 1
1.1 研究背景 . 1
1.2 超声波电机的特点及应用 . 3
1.3 有限元分析简介 . 5
1.4 选题的现实意义 . 5
2 短柱超声波电机介绍 . 7
2.1 压电效应与压电陶瓷的振动模式 . 7
2.2 短柱超声波电机运行机理 . 8
3 超声波电机结构有限元的分析与设计   13
3.1 有限元分析的方法和特点   13
3.2 超声波电机的定子结构的有限元模型   15
4 超声波电机的支撑方式的研究   18
4.1 不同支撑方式的超声波电机的定子的模态分析   18
4.2 不同支撑方式的定子振动的谐响应分析   25
4.3 ANSYS有限元分析的结论 . 30
5 总结   31
致谢   32
参考文献 . 33 1 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 超声波电机的发展史
超声波电机是一种非电磁电机，它不依靠电磁相互作用来传递能量．而是以压电
陶瓷逆压电效应激发出压电振子的超声振动作为驱动力，靠摩擦力耦合进行机械能传
递输出[1]
。1942年首例 USM模型出现在 Williams 和Brown的专利中[2] ANSYS短柱超声波电机支撑的研究:http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_8957.html