基于直线超声电机矩形复合层板面内振动地研究.pdfVIP

中困农业工程学会2005年学术年会论文集 411 基于直线超声电机矩形复合屡板面内振动的研究掌 张文科，梁莉，张铁民 (华南农业大学工程学院，广州510642) Ultrasonic 羹曩：直线超声电机(Linear Motor)是超声电机的一个重要分支，近年来已成为超声电机研究和开发的热点。本文首 先针对国内外在直线超声电机复合层板面内振动方面的研究，进行了简要的论述，然后运用弹性力学、振动等理论，对矩形复合层板 行计算得到了其固有频率，并将理论计算结果与实验测得的结果、有限元分析结果进行比较，得出了一些的结论。 关■饲：直线超声电机；矩形复合层板；面内振动 中圈分类号lTM302 O引言 用一般的Fourier级数方法，以三维理论为基础精确分 超声电机的研究在国外始于20世纪70年代，它 析了叠层压电板的自由振动驯。 是利用压电材料的逆压电效应，把电能转换为弹性体 在国内，在2003年江苏省超声电机工程研究中心 的超声振动，并通过摩擦或其它方式来驱动的电机。因 刘剑等研究了一种新型的基于矩形薄板面内振动的直 它具有结构简单紧凑、惯性小、响应快、控制特性好、 线超声电机，且对其核心结构部件一矩形压电陶瓷薄 断电自锁、无磁且不受磁场影响、低速大扭矩、定位 板进行了结构设计，从理论上解决了矩形压电陶瓷薄 精度高、噪声小等一系列优点，而被广泛应用在精密 板的面内一阶纵向振动和面内二阶横向弯曲振动频率 仪器仪表、航空航天、医疗、机器人等高新技术领域。 一致的问题，并利用ANSYS有限元软件进行了相应 而我国对超声电机的研究起步较晚，目前的研究主要 的计算和验证，同时对这种直线型超声电机的工作模 集中在研究新的驱动机理、构造新的结构形式、开发 态的激发和运动原理进行了分析探讨和实验研究，但 新型电机上，特别是着重于动力传输的实现，还未能 对压电振孑的动力学问题却未能进行充分的理论[3】。 顾及性能的预估。为了开发效率高、性能好、运转稳 2矩形复合屡板面内振动的动力学模型 定、可产业化的超声电机产品，对超声电机的建模进 行深入系统的研究是必要的。本文主要是建立压电复 2．1矩形复合屡板振子等效性能参数计算 合层板振子面内振动的动力学模型，并通过Maple软 压电复合层扳振子是直线超声电机的能量转化元 件计算压电复合振子的模态频率及其振型，并将理论 件，它是由金属弹性体和压电陶瓷粘结而成，为各向 计算结果与实验进行比较，以验证所建立模型的可行 异性板。为了方便建立其动力学模型，将各向异性的 性。 压电复合层板振子性能参数进行等效，将其等效为面 内各向同性板，如图1所示，上层为压电陶瓷，划分 1 矩形复合层板振子面内振动研究的主要研 为二个分区，并沿厚度(z)方向极化，下层为金属弹性 体，它与压 究1 在国外，在80年代以后，Mindlin和Lee等人通 过对位移和电势等沿厚度方向作三角函数展开，导出 了板的振动的各阶二维理论，并由此而分析了各类压 电晶体板的强迫振动、高频振动、弯曲振动和厚度剪 ’国家自然科学基金资助项目{广东省自然科学基金瓷助项目 m10316)． 张文科：1978年2月生，女，汉。辽宁省铁岭市人，硕士研究生，研究方向 农业电气化与自动化．Email：zwk_xiaodi@163．corn