直線駐波型超聲電機的接觸分析和堵轉推力模型
許海，李志榮
（蘇州市職業大學機電工程系，蘇州215104）
摘 要：摩擦界面對超聲電機的性能有至關重要的影響。文章針對一種基于面內振動的直線駐波超聲電機，結合電機的工作振型，對電機的定、轉子的接觸過程進行了詳盡的論述，建立了堵轉情況下的****輸出力模型；并進行了仿真研究。通過仿真可以得出超聲電機的堵轉推力受定、轉裝配間隙的影響****。在電機已完成制造的情況下。如要得到較大的堵轉推力，可適當調整定轉子的裝配間隙。
關鍵詞：超聲電機；摩擦界面；仿真模型
中國分類號：tm359.9 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848( 2010)05-0019-03
o引 言
依據驅動原理不同，超聲電機可分為行波型和駐波行兩大類。就目前來看，有關超聲電機負載特性及摩擦界面的文獻報道主要是關于行波型旋轉超聲電機。直線駐波型超聲電機是一種較新的產品，本文針對一種基于面內振動的直線駐波型超聲電機的接觸過程進行了細致的研究，并建立了該型電機的堵轉推力模型。
1 直線駐波型超聲電機的定轉子驅動原理
本文所設計的電機是基于面內振動，通過合理的結構設計使電機定子產生同頻的一階縱振和二階彎振，在電機定子上表面（驅動面）上合成相應的橢圓運動，通過定轉子之間的接觸界面利用摩擦作用，以摩擦力的形式對外輸出。一般在定、轉子間施加一定的預壓力，再利用二者接觸
設縱振振幅為a；彎振振幅為b，則縱振振型函數和彎振振型函數如下：
縱向伸縮振動位移函數為：
橫向彎曲振動位移函數為：
從式(2)，式(3)中消去時間參數可得：
可以看出，當β-α=π/2時，式(5)變為一橢圓：
即當縱振和彎振的相位差為90度時，驅動面上每一點的運動軌跡為一橢圓。這時縱向伸縮振動位移函數和橫向彎曲振動位移函數變為：
則定子各點的水平速度為：
2直線駐波型超聲電機定轉子接觸分析
一般在超聲電機的定子和轉子之間有一層材質相對較軟的摩擦材料，超聲電機工作時，定子表面的輪廓線可近似為正弦波形狀。當預壓力相對較小時，可假定，定、轉子本身不產生接觸形變，只有摩擦層產生相應的變形。即在定轉子接觸界面上，摩擦層的變形與定子表面的輪廓線一致。設時刻電機定子由于二階彎振的作用與摩擦層臨界接觸。t2時刻電機定子由于二階彎振的作用與摩擦層臨界脫離接觸。to則是介于t1，t2兩個時刻之間的某一時刻。則t0，tl，t2時刻的電機定轉子的接觸狀態如圖l所示。
間距e表示摩擦材料自由表面（t表面）未發生變形時距定子表面波型中線（x軸）的距離。x1，x2是to時刻定子與摩擦材料的臨界接觸點。可以看出定子總是在x= l/4處首先與摩擦材料先接觸，分析前半個波形，即x屬于（o，1/2）時，定子接觸面始終關于x= l/4對稱。把x=l/4代人式(7)中，令y =c，可以求得當coswt1= c/b時（臨界接觸時刻t1），定子與摩擦層相切。結合式(6)，以cos(t)為變量分析在一個周期里定子與摩擦層的接觸狀況。
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