60mm旋转行波超声电机设计及工艺(含任务书,开题报告,外文翻译,设计说明书26000字,CAD图纸6张,工序卡)
摘要：超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应，激励弹性体产生谐振作用，把电能转换成微米级振幅的振动，再依靠定子和转子之间产生的摩擦耦合将这细微振动扩大为转子及与之相联的轴的旋转运动。与传统电磁电机相比，具有质量小、结构简单、效率高、噪音小、低速大转矩和可以直接驱动负载等特点。在航空航天、精密仪器、生物医学与许多重要领域等具有广阔的应用前景。
适应于工程上对超声电机的需要，本文设计了一种直径为60mm旋转型行波超声电机，主要完成了以下工作：
1. 总结分析了国内超声电机技术的现状、发展及所存在的问题；
2. 阐释了旋转行波超声电机的运动机理；
3. 利用ANSYS软件建立了超声电机定子的数学模型，利用模型对定子的工作模态进行分析并计算，确定了 60mm直径超声电机的定子的工作模态；
4. 完成了 60mm直径超声电机的装配图和零件图的设计;
5. 编制了定子的机加工工艺。
关键词：超声电机 模态分析 设计
The design of 60mm diameter plate type Rotary Ultrasonic Motor actuated by traveling flexural waves And Technology
Student name: zhang Junhua Class: 078105236
Supervisor: He Honglin
Abstract: Ultrasonic Motor uses the effect of Piezoelectric from Piezoelectric ceramic, and it produce the effect of resonance excitation by the Active Materials. That the electrical energy transform to the micro-deformations. To propel the rotor and the drive shaft connected to it though the amplification of the micro-deformation of the active material that depends on friction at the interface between rotor and stator.The Ultrasonic Motor offer light mass, simply constructions, high torque density at low speed, low noise, efficient and actuate directly to the load. Ultrasonic motor in the aviation and aerospace, precision instruments, bio-medicine and a number of important areas has broad application prospects.
Projects adapted to the needs of the ultrasonic motor, In this paper, the design a 60mm diameter rotary traveling wave type ultrasonic motor, the main completed the following work:
1. Summary analysis of the domestic status of ultrasonic motor technology, development and the problems;
2. To explain the rotary traveling wave ultrasonic motor of the movement mechanism;
3. The use of ANSYS software, the establishment of a ultrasonic motor mathematical model, using the model of the work of the stator modal analysis and calculation to determine a 60mm diameter stator ultrasonic motor mode of work;
4. Completed a 60mm diameter ultrasonic motor assembly drawings and parts of the design plan;
5. Preparation of the stator of the machine process.
Key word: Ultrasonic Motor Modal Analysis Design
本文主要的工作安排
本文的研究对象是超声电机和超声电机的基本设计问题，首先介绍超声电机的国内外研究现状以及目前还存在的问题和超声电机的发展过程；其次详细的介绍超声电机的工作原理以及它的特点和分类，同时介绍了超声电机的应用和范围；再次针对超声电机的原理和特点，利用解析法和有限元分析两种方法对超声电机中定子的振动模态以及固有频率进行计算，并对两种方法进行比较；最后根据超声电机的设计要求，对超声电机的基本参数、材料进行分析与选取，从而设计出达到所规定要求的超声电机。
超声电机是一种基于逆压电效应的新概念机电能量转换装置，具有重要的应用前景，
本课题旨在设计一种直径为60mm的旋转行波超声马达。该电机利用压电陶瓷在具有圆板
结构的定子上激发出弯曲行波以驱动转子转动。电机应具有较好的调速性能并能控制其做
正、反转。电机应具有的技术性能指标如下：
（1）定子外径为60mm，工作振动模态为B09，模态频率在 kHz之间；
（2）额定转矩 0.5 Nm，堵转力矩 0.8 Nm，最大输出功率 3W；
（3）额定转速50 r/min，转速范围10~100 r/min；
（4）质量m 300g，外观尺寸l×b×h≤70mm×70mm×30mm；
（5）工作温度T ，适应环境温度为－25 oC~55 oC；
（6）启、停响应时间ts ；
（7）工作电压为130 Vrms。
目 录
1. 前言
1.1 概述………………………………………………………………………（01）
1.1.1 超声电机的定义………………………………………………………（01）
1.1.2 超声电机的特点………………………………………………………（01）
1.1.3 超声电机的应用………………………………………………………（03）
1.2 超声电机技术的发展及其研究意义……………………………………（04）
1.2.1 超声电机的发展过程…………………………………………………（05）
1.2.2 研究超声电机的意义…………………………………………………（08）
1.3 超声电机的分类…………………………………………………………（08）
1.4 本文主要研究的方向和内容安排………………………………………（08）
2. 旋转行波超声电机的工作原理
2.1 引言………………………………………………………………………（10）
2.2 旋转行波超声电机的工作原理及其结构………………………………（10）
2.2.1 旋转行波超声电机的工作原理………………………………………（10）
2.2.2 旋转行波超声电机的结构……………………………………………（11）
2.3 旋转行波超声电机的运动机理分析……………………………………（11）
2.3.1 压电陶瓷与压电振子…………………………………………………（11）
2.3.2 压电陶瓷的极化配电装置……………………………………………（13）
2.3.3 弯曲驻波的产生过程…………………………………………………（14）
2.3.4 弯曲行波的产生过程和运动分析……………………………………（16）
2.4 超声电机定子表面质点的运动分析……………………………………（18）
2.5 本章小结…………………………………………………………………（20）
3.超声电机的定子模态分析计算
3.1 引言………………………………………………………………………（21）
3.2 定子固有频率的理论计算………………………………………………（21）
3.2.1 共振频率的计算………………………………………………………（21）
3.2.2 共振振幅的计算………………………………………………………（23）
3.3 定子建模与计算…………………………………………………………（25）
3.3.1 ANSYS简介……………………………………………………………（25）
3.3.2 定子建模………………………………………………………………（25）
3.3.3 定子的ANSYS分析……………………………………………………（27）
3.4 本章小结…………………………………………………………………（29）
4. 旋转行波超声电机的结构设计
4.1 引言………………………………………………………………………（30）
4.2 超声电机的设计流程……………………………………………………（31）
4.3 定子的结构设计…………………………………………………………（31）
4.3.1 定子内外径的选择……………………………………………………（32）
4.3.2 振动模态的设计与模态阶数的选择…………………………………（32）
4.3.3 定子厚度的确定………………………………………………………（33）
4.3.4 定子齿的设计…………………………………………………………（33）
4.3.5 定子内支撑板设计……………………………………………………（34）
4.3.6 粘结层对定子振动特性的影响………………………………………（34）
4.4 转子的设计………………………………………………………………（34）
4.5 摩擦层的设计……………………………………………………………（35）
4.6 超声电机的设计结果……………………………………………………（36）
4.7 板式旋转行波超声电机的装配结构……………………………………（37）
4.8 本章小结…………………………………………………………………（39）
5. 定子的机加工工艺设计
5.1 分析零件的作用…………………………………………………………（40）
5.2 加工对象材料分析………………………………………………………（40）
5.2.1 定子材料………………………………………………………………（40）
5.2.2 QSn6.5—0.4的性能和用途…………………………………………（40）
5.3 零件的技术要求…………………………………………………………（41）
5.3.1 工艺要求………………………………………………………………（41）
5.3.2 技术依据………………………………………………………………（41）
5.3.3 生成类型的确定………………………………………………………（41）
5.4 制定定子的工艺路线……………………………………………………（41）
5.4.1 工艺路线方案一………………………………………………………（42）
5.4.2 工艺路线方案二………………………………………………………（42）
5.4.3 工艺路线方案三………………………………………………………（43）
5.5 确定切削用量……………………………………………………………（43）
5.6 刀具的选用………………………………………………………………（44）
6. 全文总结…………………………………………………………………（46）
致谢 ……………………………………………………………………………（47）
参考文献………………………………………………………………………（48）
附录 ……………………………………………………………………………（49）
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