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SAMCEF在超声波电机设计中的应用


SAMCEF 在超声波电机设计中的应用 【摘要】在微机电领域中,为获得超声波电机的振动模态及谐响应特性,利 用 SAMCEF 有限元分析软件对直径为 50 mm 的环形行波型超声波电机压电转换 器和定子的振动状态进行了分析;在完成超声波电机定子建模的基础上,进行振 动模态分析和最优模态选择,并在此基础上进行了谐响应分析。分析结果表明, 利用 SAMCEF 软件对超声波电机进行分析被证明是一种行之有效的方法。 【关键词】SAMCEF;超声波电机;建模;模态分析;谐响应分析 SAMCEF application in the design of ultrasonic motor LIU Dehua REN Yifeng LUO Wei Abstract:Aiming at obtaining the ultrasonic motor vibration mode and harmonic response characteristics,SAMCEF finite element method(FEM)software was used to analyze stator vibration state of a ring-type traveling wave ultrasonic motor with 50mm in diameter.Based on modeling of the ultrasonic motor stator vibration mode was analyzed and optimum vibration mode was selected,and harmonic analysis was analyzed near the optimum vibration mode.The results indicate that SAMCEF is an effective method in the ultrasonic motor analysis. Key words:SAMCEF;ultrasonic motor;solid modeling;modal analysis;harmonic analysis 引言 超声波电机是利用新原理设计,特殊材料制作的一种新型微特电机,是微机 电领域中一种重要的设备, 它利用压电陶瓷等一些半导体材料的逆压电效应产生 超声频振动,进而通过定转子间的摩擦力来驱动转子。在现代电子技术中,尤其 在高集成度电子芯片伺服系统及周边电路等方面,有很大发展空间。与传统电磁 式电机相比,超声波电机结构紧凑、断电自锁、响应速度快、控制精度高。因此, 在航空航天、精密仪器仪表、智能机器人等领域有着广阔的应用前景,为当前微 机电领域的一个研究热点[1]。 不同型式的超声波电机其工作时的振动模态不同, 了解超声波电机的振动状 态, 尤其是核心部件压电换能器和定子的振动状态,对超声波电机的设计十分重 要。同时也是设计外围控制电路的前提。 有限元法在分析复杂问题时具有明显的优越性,随着 ANSYS 和 SAMCEF 等大型通用有限元分析软件的不断成熟,有限元法的应用领域也越来越广。也为 超声电机仿真设计提供了一种实现手段。而 SAMCEF 无论从计算精度还是计算 速度上都优于 ANSYS, 因此笔者采用 SAMCEF 对直径为 50mm 的行波型超声波 电机的压电换能器进行建模和模态分析、谐响应分析,并给出有限元分析结果。 1.超声波电机压电换能器及定子建模 对压电换能器和定子进行三维实体建模,是 SAMCE

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