直線駐波型超聲電機(jī)的接觸分析和堵轉(zhuǎn)推力模型
許海，李志榮
（蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程系，蘇州215104）
摘 要：摩擦界面對超聲電機(jī)的性能有至關(guān)重要的影響。文章針對一種基于面內(nèi)振動(dòng)的直線駐波超聲電機(jī)，結(jié)合電機(jī)的工作振型，對電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子的接觸過程進(jìn)行了詳盡的論述，建立了堵轉(zhuǎn)情況下的****輸出力模型；并進(jìn)行了仿真研究。通過仿真可以得出超聲電機(jī)的堵轉(zhuǎn)推力受定、轉(zhuǎn)裝配間隙的影響****。在電機(jī)已完成制造的情況下。如要得到較大的堵轉(zhuǎn)推力，可適當(dāng)調(diào)整定轉(zhuǎn)子的裝配間隙。
關(guān)鍵詞：超聲電機(jī)；摩擦界面；仿真模型
中國分類號：tm359.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848( 2010)05-0019-03
o引 言
依據(jù)驅(qū)動(dòng)原理不同，超聲電機(jī)可分為行波型和駐波行兩大類。就目前來看，有關(guān)超聲電機(jī)負(fù)載特性及摩擦界面的文獻(xiàn)報(bào)道主要是關(guān)于行波型旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)。直線駐波型超聲電機(jī)是一種較新的產(chǎn)品，本文針對一種基于面內(nèi)振動(dòng)的直線駐波型超聲電機(jī)的接觸過程進(jìn)行了細(xì)致的研究，并建立了該型電機(jī)的堵轉(zhuǎn)推力模型。
1 直線駐波型超聲電機(jī)的定轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)原理
本文所設(shè)計(jì)的電機(jī)是基于面內(nèi)振動(dòng)，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使電機(jī)定子產(chǎn)生同頻的一階縱振和二階彎振，在電機(jī)定子上表面（驅(qū)動(dòng)面）上合成相應(yīng)的橢圓運(yùn)動(dòng)，通過定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子間施加一定的預(yù)壓力，再利用二者接觸
設(shè)縱振振幅為a；彎振振幅為b，則縱振振型函數(shù)和彎振振型函數(shù)如下：
縱向伸縮振動(dòng)位移函數(shù)為：
橫向彎曲振動(dòng)位移函數(shù)為：
從式(2)，式(3)中消去時(shí)間參數(shù)可得：
可以看出，當(dāng)β-α=π/2時(shí)，式(5)變?yōu)橐粰E圓：
即當(dāng)縱振和彎振的相位差為90度時(shí)，驅(qū)動(dòng)面上每一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為一橢圓。這時(shí)縱向伸縮振動(dòng)位移函數(shù)和橫向彎曲振動(dòng)位移函數(shù)變?yōu)椋?/div>
則定子各點(diǎn)的水平速度為：
2直線駐波型超聲電機(jī)定轉(zhuǎn)子接觸分析
一般在超聲電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子之間有一層材質(zhì)相對較軟的摩擦材料，超聲電機(jī)工作時(shí)，定子表面的輪廓線可近似為正弦波形狀。當(dāng)預(yù)壓力相對較小時(shí)，可假定，定、轉(zhuǎn)子本身不產(chǎn)生接觸形變，只有摩擦層產(chǎn)生相應(yīng)的變形。即在定轉(zhuǎn)子接觸界面上，摩擦層的變形與定子表面的輪廓線一致。設(shè)時(shí)刻電機(jī)定子由于二階彎振的作用與摩擦層臨界接觸。t2時(shí)刻電機(jī)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(gè)時(shí)刻之間的某一時(shí)刻。則t0，tl，t2時(shí)刻的電機(jī)定轉(zhuǎn)子的接觸狀態(tài)如圖l所示。
間距e表示摩擦材料自由表面（t表面）未發(fā)生變形時(shí)距定子表面波型中線（x軸）的距離。x1，x2是to時(shí)刻定子與摩擦材料的臨界接觸點(diǎn)。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(gè)波形，即x屬于（o，1/2）時(shí)，定子接觸面始終關(guān)于x= l/4對稱。把x=l/4代人式(7)中，令y =c，可以求得當(dāng)coswt1= c/b時(shí)（臨界接觸時(shí)刻t1），定子與摩擦層相切。結(jié)合式(6)，以cos(t)為變量分析在一個(gè)周期里定子與摩擦層的接觸狀況。
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