题目：纵扭复合型超声马达的基础研究

超声电机是20世纪80年代开始发展起来的一种全新概念的微特电机。它利用压电材料的逆压电效应，使弹性体（定子）在超声频段内产生振动，并通过定子、转子之间的摩擦作用将振动转换成转子(动子)而获得运动和扭矩，输出功率，驱动负载。它是目前新型微特电机中研究较为成熟的一种，能够满足人们对微特电机提出的诸多新的要求，因而发展迅速，应用日益广泛。
纵扭复合型超声电机是超声电机中一种重要的种类，具有输出功率高、可控性好、正反转特性一致、转矩大、低速稳定性好等特性而受到业内人士的重视。它所利用的是定子的纵向振动和扭转振动，这两种振动的复合使得定子驱动端面的质点产生椭圆运动，再通过定、转子之间的摩擦作用驱动转子转动。相比于行波型超声电机，纵扭复合型超声电机定子驱动端面质点的法向和切向振动可分别由纵、扭压电元件独立激发而成，这样就可以通过改变纵、扭两相的输入电压，方便的控制电机的机械输出特性。纵扭复合型超声电机用途很广泛，可以用在机器人、轿车、家用电器、精确定位装置等领域，特别适用于需要大扭矩小空间的场合。本文对纵扭复合超声电机的几种频率简并方法进行了系统的研究。主要工作如下：
(1)通过超声波激发的椭圆运动轨迹分析了定子和转子的接触情况，并从理论出发得出不同预压力下定子和转子的接触面所产生的驱动转矩和制动转矩。并通过输出扭矩，可以得到摩擦材料、刚度及其摩擦特性、纵振振幅、扭振振幅和定/转子的接触时间对它的影响。通过修正后的粘附理论探讨了运行过程的摩擦分析，对于其提高电机的可靠性、稳定性都具有参考意义；并在掌握驱动转矩的影响因素上，考虑到在选择定转子的表面材料，在建立了等效电路模型后，通过等效电路模型可以很好的反映定子表面质点所形成椭圆运动的机理；并反映定转子之间接触所产生的驱动与损耗。
(2)利用manson机电等效电路，建立纵扭超声马达的等效四端网络数学模型，根据四端网络传输矩阵法分别计算细杆隔振——质量匹配、带有指数型过渡的细杆隔振——质量匹配和带有指数型附加端的情况。得出以下几个结论：当采用指数型过渡的细杆隔振—质量匹配的时候，通过改变槽的长度，纵振和扭振的变化比无过渡的时候更敏感；在采用指数型附加端的


时候，只能使指数型附加端细端的半径处在r1=0.005m左右，才能使纵扭频率相近。而且改变指数型附加端粗端的半径比改变指数型附加端的长度更有效。最后通过与有限元软件NSYS的计算结果对比，对于带指数型过渡的情形，不宜选择指数型过渡段的过渡指数β太大。