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（毕设全套）超声波电机的设计（含CAD图纸）

超声波电机的设计摘要负荷速度是高效率，最大效率达寿命短，因为振动片和转子之间近乎直角的接触，两者之间接触和脱离瞬间的滑动无法解决，因此产生的磨损使寿命较短。为了解决这个问题，日本的指田年生在年发明了种振动片型超声波电动机，该电机的原理利用行波在有限弹性体内传播时表面质点产生的椭圆运动，行波型超声波电动机只需改变驱动相位差即可实现正反转，而且定子转子之间是多点轮流接触，磨擦很小。行波型超声波电动机具有良好的应用前景，引起了众多大公司和大学的兴趣，争先对超声波电动机进行研究和开发，从而使超声波电动机进入大规模的实验研究和实用化开发阶段。年，佳能公司将其开发的圆环型行波超声波电机正式应用于相机自动调焦系统，实现了超声波电机的商业应用。日本在超声波电机的研究方面直处于世界领先地位。它掌握着世界上大多数超声波电机技术的发明专利。在日本，几乎各知名大学和许多公司都对超声电机进行了研究和生产。环状行波型和棒状行波型电机已大批量生产，最近种驻波型电机也已投入批量生产，主要用于工作时间短精度高及种特定功能的机器或领域中。日本公司将超声波电机应用于自动门风扇微动台控制台家电产品中，进步开辟并扩大其应用市场。世纪末和新世纪初，中国美国德国法国英国和其他些发达国家都开始了对超声电机的研究。最近几年来，除了日本之外，美国德国法国中国瑞士韩国土耳其和新加坡等都有超声波电机产品进入市场，在这些国家中，以美国发展得最快，应用的领域也最广经过十年的发展，美国许多单位都在进行超声波电机的研究，如麻省理工学院美国航空航天局喷射推进实验室.和等。美国些公司生产的超声波电机产品已经在航空航天半导体工业和等领域先后得到了应用。美国为了发展空间的反导弹反卫星及情报侦察系统，近几年将要发射个以上的纳米卫星质量。这种纳米卫星的核心技术之是微机械和微传感系统，包括微传感遥感器微陀螺和微驱动器。为此，美国正加速发展微型超声电机直径仅。.超声波电机的基本工作原理超声波电机般由高频输入电源定子压电陶瓷和弹性体和转子移动体和耐磨材料组成。在压电陶瓷上加频率为几十千赫的高频交流电源，利用逆压电效应即电致伸缩效应产生几十千赫的超声波振动。然后，将这种振动通过弹性体和移动体之间的摩擦力变换成旋转或直线运动，或者直接用压电振子产生弯曲振动驱动移动体转动。如图.所示为超声波电机的工作基本原理示意图。弹性体定子压电陶瓷机械输出电信号输入高频电源移动体耐磨材料转子图.超声波电机的基本原理示意图由图可知，超声波电机是利用压电陶瓷逆压电效应原理。高频电源产生信号的频率和电机的固有频率致，形成共振，产生高频机械振动。这种振动借助定子和转子间的摩擦耦合来驱动电机运动。这就是超声波电机的基本工作原理。其能量转换可分为以下两个过程高频交流通过压电陶瓷的逆压电效应把电能转换为定子的机械能定转子之间通过摩擦耦合把定子的机械能转换为转子的机械能。.超声波电机的分类超声波电机利用压电陶瓷的压电效应及弹性体的机械振动，通过转子与定子间的摩擦力来驱动电机转动。由于压电陶瓷的极化形式多样，弹性体的振动模式也具有多样性，可采用不同的振动模态来产生驱动力，因而可以研制出多种不同结构的超声波电机，如环型或盘型直线型球型弯扭耦合型纵扭复合型非接触型及自校正型等等。般按照使用的驱动方式的不同分为行波方式，驻波方式和电致伸缩公转子方式三种。根据输出运动的形式不同又可以分为旋转型和直线型。根据驱动位移的量级也可以分为般的超声波电机和微动超声波电机微米级和亚微米级的驱动位移。而根据输出运动自由度的个数不同可分为单自由度与多自由度。另外还可以根据定子与转子的接触形式分为接触式与非接触式。以上从不同的角度对超声波电机做了整理和分类，具体分类情况可见表。从上面的分类中可以知道超声波电机可以有很多种不同的形态。但是，从目前的搜集到的各国研究资料可以发现，回旋型超声波电机是所有类型中结构较简单，用途最广泛的种，也是最有发展前途的种。最常见的有驻波型超声波电机和行波型超声波电机。驻波型超声波电机的特点是变换效率高，但旋转的方向定，结构尺寸大。行波型超声波电机的特点是结构尺寸小，旋转方向可以改变，速度和位置容易控制。表超声波电机的分类情况按驱动方式分按定转子力传递接触方式分按运动方式分按自由度分超声波电机行波型单模态型接触连续的局部面接触直线运动单自由度复合模态型连续的点线接触模态转换型断续的整个面接触驻波型单模态型断续的点线接触旋转运动多自由度复合模态型非接触空气单模态型液体.超声波电