0496-60mm旋轉行波超聲電機設計及工藝【優(yōu)秀含6張CAD圖+說明書+工藝卡】

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從超聲電機的發(fā)展歷史來看，在1942年，美國的Williams和Brown就提出了超聲電機的原始思想。1982年，日本科學家指田年生成功研制了行波超聲電機。這標志著超聲電機應用到了實際的生產(chǎn)生活中。經(jīng)過這四十年里的努力，完成了從設想到現(xiàn)實的轉變。在當今這個社會，超聲電機的應用涉及到航空、航天、汽車制造、生物工程、化工、醫(yī)學等領域。具體有照相機的鏡頭調焦、驅動裝置的精確定位、閥門控制、機器人關節(jié)的驅動、核磁共振裝置中的應用等方面。正是因為超聲電機的獨特特點，它可廣泛用于機器人、微型機械的驅動、精密儀器的驅動、強磁場環(huán)境下設備驅動裝置等。據(jù)有關專家預測：隨著超聲波電機的卓越性能日益被人們認識和采用，它將在較大程度上替代小型電磁微型電機。同時，超聲波電機的推廣應用和它的驅動控制技術密不可分的，只有結合有效的控制方法和控制策略，才能發(fā)揮超聲波電機的卓越性能。 對于超聲電機的研究與開發(fā)，將不斷完善電機方面的理論知識和豐富電機的產(chǎn)品的類型，并極大地促進工業(yè)智能化、自動化的發(fā)展。將取代傳統(tǒng)的小型或微型電機。并能夠在上述領域得到廣泛的應用，并促進該領域的技術革新。因此，對超聲電機的研究有著非常重要的科學意義，同時還有廣泛的應用的前景和良好的實用價值。 二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述） 超聲波電機是國內外日益受到重視的一種新型直接驅動電機。與傳統(tǒng)的電磁式電機不同，超聲波電機沒有磁極和繞組，不依靠電磁介質來傳遞能量，而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應，通過各種伸縮振動模式的轉換與耦合，將材料的微觀變形通過共振放大和摩擦耦合轉換成轉子或者滑塊的宏觀運動。在其研究和發(fā)展過程中，曾有很多不同的命名，如振動電機、壓電電機、聲表面波電機、超聲馬達等，現(xiàn)在國內比較常用的稱謂是超聲電機或超聲電機。超聲波電機具有功率密度大、無電磁干擾、低速大轉矩、動作響應大、運作無噪聲、無輸入自鎖等卓越特性，在非線形運動領域要比傳統(tǒng)的電磁電機性能優(yōu)越得多。超聲波電機在工業(yè)控制系統(tǒng)、啟齒專用電器、超高精度測量儀器、辦公自動化設備、智能機器人等領域有著十分廣闊的應用前景，近年來備受科技界和工業(yè)街的重視，是當前非連續(xù)驅動控制領域的一個研究熱點。 1.超聲波電機的國外研究 日本的超聲波電機及其驅動控制的產(chǎn)業(yè)化應用處于世界領先的地位，它掌握著世界上大多數(shù)的超聲波電機的制造與控制技術的發(fā)明專利，幾乎所有的知名大學和研究所都在進行研究，如東京大學、東京工業(yè)大學、東京農(nóng)工大學、山形大學等都至少有一個屬于本校的超聲波電機研究小組，或進行理論分析研究、或進行新原理、新結構的超聲電機的研究、或進行超聲波電機控制專用芯片的集成。日本參與研發(fā)、商業(yè)制造及銷售的大公司更多，如佳能公司、新生公司、本多公司、松下公司、美能達公司、尼康公司精工和NEC公司等。近10年，日本的超聲波電機進入了實用化的商業(yè)應用階段。 由于日本在超聲波電機及驅動控制領域所獲得的極大成功和較高的商業(yè)利潤，美、英、法、德等國不甘落后，緊隨日本之后，各自在相關的超聲波電機及其驅動控制、新結構、新原理、新的應用領域等方面取的了一定的研究成果。 美國的密蘇里大學（Missour-Rolla）主要從事電機工作時定子與轉子之間的接觸模型以及接觸力對電機壽命影響的研究，并同Allied Signal Aerospace公司合作進行行波超聲波電機加工工藝及其控制技術的研究。MIT的航空航天系和人工智能中心研制出直徑僅為2mm的超聲馬達，還開發(fā)了具有雙齒面的行波型超聲馬達。同時與美國國家航空宇航局（NASA）的噴氣推進實驗室、材料研究室共同研究開發(fā)了用于火星探測器操作臂關節(jié)驅動的大力矩超聲波電機。 英國的伯明翰大學（Birmingham）主要從事基于“諧波齒”理論的超聲波電機的研究，以及實現(xiàn)超聲波電機高精度的定位控制、探索開環(huán)的可控性等研究。 德國Paderborn大學的J.Wallaschek所領導的科研小組主要從事超聲波電機振動分析和動態(tài)接觸等方面的研究，如：線性、旋轉行波電機的振動分析和動態(tài)接觸問題，電機的線性和非線性振動穩(wěn)定性問題，電機運動的控制問題，復合材料的動態(tài)特性以及結構的阻抗匹配研究等。 法國的Cedrat Recherche研究所借助光學干涉儀及電測量的方法，對所研究的線性電機定子的切線振動位移、法線位移、切線振動速度、法線力因子做了系統(tǒng)的測試和評估。另外，還有許多國家陸續(xù)參與到研究超聲波電機及其驅動控制技術的研究中來。但是，目前大多數(shù)其他國家主要側重于驅動控制技術的研究和實際應用。 2.超聲波電機國內得研究現(xiàn)狀 國外超聲波電機獲得成功應用被多次報道，因而在20世紀的80年代末期到90年代的初獲得我國科學工作者得關注。雖然我國超聲波電機及其驅動控制技術得研究起步較晚，但發(fā)展迅速。 1986～1990年間，四川壓電與聲光技術研究所得劉大春、劉一聲等人將日本得有關超聲波電機得研究情況陸續(xù)介紹到國內。 進入20世紀90年代以來，隨著國內得科研人員從國外學成回國，國內的超聲波電機得試制工作逐步進入正軌，國內除了東南大學外，有多個高校加入到超聲波電機的研究行列，主要有清華大學、南京航空航天大學、浙江大學、哈爾濱工業(yè)大學等國內著名高校，還有中科院、電子工業(yè)部21所、長春光機所等科研院所，對典型的幾種超聲波電機的運行原理、數(shù)學建模、仿真計算、樣機制作、驅動技術及惡劣測試等進行研究，并取得一大批的研究成果?，F(xiàn)在國內有《壓電與聲光》、《現(xiàn)代科技譯叢》、《國際科技消息》、《微電機》等刊物介紹超聲波電機。 東南大學研制的系列行波型、步進型和柱狀夾心式超聲波電機樣機水平已接近使用要求，直徑為100㎜的均壓行超聲波電機及超聲波電機多功能驅動控制裝置分別獲得國家專利；南京航天航空大學研制出多種結構型式的樣機，如環(huán)形行波型超聲波電機、雙面齒型、圓板型、駐波型超聲波電機；清華大學則研究了目前國內直徑最?。?㎜）的超聲波電機，有望在心臟的微循環(huán)系統(tǒng)中應用，環(huán)形中空用超聲波電機的樣機已進行優(yōu)化設計；浙江大學研制了大力矩和高重復定位精度的縱扭復合型超聲波電機；華中科技大學研制了大扭矩行波型超聲波電機并對轉子尺寸和形狀對輸出功率和輸入轉矩得影響作了深入的研究。國內所研制的超聲波電機已接近實用要求并渴望逐步實現(xiàn)批量生產(chǎn)，有些擬用于軍工的導彈引導裝置，有些電機的產(chǎn)業(yè)化應用前景被國內大型企業(yè)和傳統(tǒng)電機生產(chǎn)廠家看好。 三、研究內容 設計一臺直徑為60mm的板式旋轉行波超聲電機，要求 (1) 定子外徑為60mm，工作振動模態(tài)為B09，模態(tài)頻率在 kHz之間； （2）額定轉矩0.5 Nm，堵轉力矩0.8 Nm，最大輸出功率3W； （3）額定轉速50 r/min，轉速范圍10~100 r/min； （4）質量m300g，外觀尺寸l×b×h≤70mm×70mm×30mm； （5）工作溫度T，適應環(huán)境溫度為－25 oC~55 oC； （6）啟、停響應時間ts； （7）工作電壓為130 Vrms。 四、研究方案（技術路線）及及優(yōu)化方案 根據(jù)需求，提出性能指標 初步確定定子的機構 對定子進行動態(tài)分析 工作頻率是否合適 是否無模態(tài)混疊 合理設計轉子 仿真結果是否滿足 性能指標 電機性能仿真 試制實驗 電機性能是否滿足 性能指標 編寫技術資料，進行投產(chǎn) ●研究路線： ●優(yōu)化方案： 在超聲波電機的定子固定頻率和工作模態(tài)的計算方面，利用解析法和有限元分析理論進行求解，并結合ANSYS有限元分析軟件進行模擬仿真。 五、目標、主要特色及工作進度 l 目標： 通過超聲電機中定子與轉子設計和其他相關方面的研究，設計出來一臺符合要求的超聲電機。 l 主要特色： 超聲電機一種具有全新原理和結構的新概念電－機能量轉換裝置超聲電機利用壓電材料（通常是壓電陶瓷）的逆壓電效應，借助于定子彈性體的彈性諧振作用把電能轉換為微米級幅度的機械振動，再通過定子與轉子（或動子）之間的界面接觸過程和摩擦作用把定子的微幅振動轉換為便于為人們利用的轉子（或動子）的宏觀轉動（或直線運動），并在這個過程中實現(xiàn)電能到機械能的轉換。 l 工作進度： 1. 查閱相關資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報告。 第1周—第2周 3. 初定定子的結構尺寸，選定定子工作模態(tài)； 第3周—第4周 4. 電機主要部件（定子、轉子）的設計與計算； 第5周—第8周 5. 繪制電機的裝配圖及其各零件工作圖； 第9周—第12周 6. 定子加工的工藝編制； 第13周 7. 撰寫畢業(yè)論文； 第14周—第16周 7. 答辯準備及畢業(yè)答辯。 第17周 六、參考文獻 [1] 胡敏強，金龍. 超聲波電機的原理與設計，北京：科學出版社，2005 [2] 趙淳生. 超聲波電機技術及其應用，北京：科學技術出版社，2007 [3] 尹燕麗. 超聲馬達及其驅動控制系統(tǒng). 洛陽工學院碩士學位論文，2004 [4] 賀紅林. 超聲電機及其在機器人上的應用研究. 南京航空航天大學博士學位論文，2006.11 [5] 石斌. 環(huán)形行波超聲馬達及其驅動控制的研究. 東南大學博士學位論文，2001 [6] 上羽貞行，富川義朗. 超聲波馬達理論與應用.上海：上?？萍汲霭嫔纾?998 [7] 趙淳生. 21世紀超聲電機技術與展望. 振動、測試與診斷，2000.1 [8] 陳永校，郭吉豐. 超聲波電動機. 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