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第1章 绪论 1

1.1 超声电机概述 1

1.1.1 超声电机的定义和工作原理 1

1.1.2 超声电机的起源 2

1.1.3 超声电机的特点 3

1.1.4 超声电机的分类 4

1.2 超声电机的国内外研究和应用现状 9

1.2.1 超声电机的国外研究现状 9

1.2.2 超声电机的国内研究现状 10

1.2.3 超声电机的应用现状 12

1.3 超声电机目前研究的主要方向和发展趋势 14

1.3.1 高效强力压电超声电机基本构型 14

1.3.2 超声电机微型化 15

1.3.3 超声电机在空间机构中的应用 16

1.3.4 压电材料 16

1.3.5 摩擦材料 17

1.3.6 超声电机与执行机构的融合设计 17

参考文献 17

第2章 基本振动模态的激励与应用 30

2.1 四种基本振动 30

2.1.1 圆环轴向弯曲振动 30

2.1.2 圆筒径向弯曲振动 32

2.1.3 压电金属复合梁纵向振动 34

2.1.4 压电金属复合梁弯曲振动 35

2.2 压电材料及其基本特性 36

2.2.1 压电效应 36

2.2.2 压电材料基本特性与参数 38

2.3 四种基本振动的激励方式与应用分析 46

2.3.1 圆环轴向弯曲振动模态的激励与应用 46

2.3.2 圆筒径向弯曲振动模态的激励与应用 51

2.3.3 压电金属复合梁纵向振动模态的激励与应用 53

2.3.4 压电金属复合梁弯曲振动模态的激励与应用 56

参考文献 60

第3章 夹心换能器式圆筒型行波超声电机 62

3.1 圆筒／圆环弯振与压电金属复合梁纵振／弯振的模态组合研究 63

3.2 纵振换能器式圆筒型行波超声电机 65

3.2.1 电机结构 65

3.2.2 工作原理 66

3.2.3 振动模态简并 69

3.2.4 振动特性分析 72

3.2.5 实验研究 75

3.3 纵弯复合换能器式圆筒型行波超声电机 78

3.3.1 电机结构与工作原理 78

3.3.2 振动模态简并 80

3.3.3 振动特性分析 83

3.3.4 实验研究 84

3.4 悬臂纵弯复合换能器式圆筒型行波电机 87

3.4.1 电机结构与工作原理 88

3.4.2 振动模态简并与振动特性分析 89

3.4.3 实验研究 91

参考文献 93

第4章 纵振复合模态压电金属复合梁式超声电机 95

4.1 压电金属复合梁纵振复合致动原理 95

4.2 T型单足直线超声电机 98

4.2.1 电机结构和工作原理 98

4.2.2 振动模态简并 101

4.2.3 振动特性分析 103

4.3 U型双足直线超声电机 105

4.3.1 电机结构 105

4.3.2 工作原理 105

4.3.3 振动模态简并与振动特性分析 108

4.4 矩形四足直线超声电机 110

4.4.1 电机结构 110

4.4.2 工作原理 112

4.4.3 电机振动模态简并与振动特性分析 113

4.5 方形四足旋转超声电机 116

4.5.1 电机结构和工作原理 116

4.5.2 电机振动特性分析 118

4.6 实验研究 121

4.6.1 T型单足直线超声电机振动测试 121

4.6.2 U型双足直线超声电机振动测试 124

4.6.3 矩形四足直线超声电机振动测试 126

4.6.4 方形四足旋转超声电机振动测试 127

4.6.5 样机机械输出特性测试 129

参考文献 133

第5章 纵弯复合模态压电金属复合梁式超声电机 135

5.1 压电金属复合梁纵弯复合致动原理 135

5.1.1 致动原理 135

5.1.2 驱动点运动轨迹分析 136

5.1.3 驱动点位置改进 138

5.2 纵弯复合双足直线超声电机 139

5.2.1 电机结构与工作原理 139

5.2.2 纵弯模态频率简并 141

5.2.3 电机振动特性分析 143

5.2.4 实验研究 145

5.3 纵弯复合单足直线超声电机 147

5.3.1 电机结构与工作原理 147

5.3.2 纵弯模态特征频率参数灵敏度 148

5.3.3 实验研究 153

5.4 纵弯复合平面超声电机 154

5.4.1 电机结构 154

5.4.2 电机平面致动原理 155

5.4.3 电机设计 161

5.4.4 驱动足振动特性分析 165

5.4.5 实验研究 175

参考文献 180

第6章 弯振复合模态压电金属复合梁式超声电机 182

6.1 压电金属复合梁弯振复合致动原理 182

6.2 弯弯复合双足直线超声电机 186

6.2.1 电机结构与工作原理 186

6.2.2 电机设计与振动特性分析 188

6.2.3 构型改进 191

6.2.4 实验研究 193

6.3 弯弯复合四足旋转型超声电机 197

6.3.1 电机结构与工作原理 198

6.3.2 换能器设计与振动特性分析 199

6.3.3 实验研究 201

参考文献 204

第7章 压电陶瓷内嵌式环形行波超声电机 207

7.1 压电陶瓷内嵌的初始构思 207

7.2 基于圆环轴向弯振模态的陶瓷内嵌式行波超声电机 208

7.2.1 电机结构与工作原理 208

7.2.2 定子模态分析 212

7.2.3 弹簧块的设计 216

7.2.4 定子振动特性分析 219

7.2.5 实验研究 222

7.3 基于圆环径向弯振模态的陶瓷内嵌式行波超声电机 228

7.3.1 电机结构与工作原理 228

7.3.2 电机设计 230

7.3.3 定子振动特性分析 233

7.3.4 实验研究 238

参考文献 242

附录 243

术语索引 253