项目名称: 弹性叶片式径弯模态转换型超声波电机接触模型研究

项目编号: No.51507076

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 电工技术

项目作者: 蒋春容

作者单位: 南京工程学院

项目金额: 21万元

中文摘要: 超声波电机的能量输出需要定转子间的接触摩擦耦合来实现。目前对接触模型的研究以连续接触的行波超声波电机为主,而断续接触的模态转换型超声波电机的接触特性尚不明了。本项目提出一种弹性叶片式径弯模态转换型超声波电机,着重研究其定转子的接触模型。首先分析定子结构动力学模型,实现压电陶瓷和定子弹性体之间良好的机械耦合,并使径向振动有效地转换为弯曲振动。在此基础上,考虑电机不通电时的接触特点,建立定转子静态接触模型,分析定转子间的静态接触特性,并结合结构动力学模型,分析定转子间的接触对定子振动的影响,优化弹性叶片的结构。接着,考虑电机通电后定转子断续接触特点,建立定转子动态接触模型,分析接触界面的断续接触特性,优化电机的结构,提高摩擦传动效率和电机的输出性能,最终建立起一套径弯模态转换型超声波电机接触特性的分析、设计和优化方法,并为其他型式的模态转换型超声波电机的接触分析和优化提供参考依据。

中文关键词: 超声波电机;径弯模态转换;接触模型;断续接触;弹性叶片

英文摘要: The power output of ultrasonic motor is realized based on the contact mechanisms occurring at the interface between stator and rotor. Currently, the researches on contact models mainly contribute to traveling wave ultrasonic motor with continuous contact mechanism. The contact characteristics in mode conversion ultrasonic motor with intermittent contact still remain unclear. The focus of this project is to investigate the contact model of a radial-bending mode conversion ultrasonic motor with elastic blades proposed in this project. Firstly, the structural dynamics of the stator is analyzed in order to achieve both good mechanical coupling between the piezoelectric ceramics and the stator elastomer and effective conversion from radial vibration mode to bending vibration mode. Secondly, the static contact model when the motor is not powered is established to analyze the static contact characteristics between stator and rotor. The impact of the contact between stator and rotor on the stator vibration is investigated by combination of the static contact model and the structural dynamic model, and the structure of elastic blades is then optimized. Thirdly, the dynamic contact model is established when the motor is powered and intermittent contact occurs, according to which the intermittent contact characteristics of the contact surface is analyzed and the motor structure is optimized. The frictional transmission efficiency and the motor performance are then improved. Finally, the analysis, design and optimization methods for the contact mechanisms of the radial-bending mode conversion ultrasonic motor are proposed, which also provide references to analyze and optimize the contact mechanisms for other types of mode conversion ultrasonic motors.

英文关键词: ultrasonic motor;radial-bending mode conversion;contact model;intermittent contact;elastic blade

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