高立超　许立忠　李　冲

燕山大学，秦皇岛，066004



单级放大机电集成压电谐波电机设计与仿真分析

高立超许立忠李冲

燕山大学，秦皇岛，066004

摘要：设计了一种单级放大机电集成压电谐波电机，阐述了该种电机的工作原理，给出了其设计方法、连续传动条件及参数选择原则。针对电机中容易发生失效的区域，推导了最大应力公式，通过有限元仿真对比验证了理论公式的正确性。分析了电机的固有频率和振型以及电机在简谐激励下的位移和应力响应。结果表明：电机理论最大应力为45.54 MPa，与仿真最大应力相差4.04%；激励作用下，活齿振动位移最大，活齿架应力集中最严重。

关键词：单级放大；压电谐波电机；最大应力；有限元仿真

0引言

压电电机是一种利用压电材料的逆压电效应使压电体变形产生往复振动，通过传动机构将振动位移转换为直线或旋转运动的新型复合电机[1]。与电磁电机相比，压电电机具有结构简单、响应速度快、定位精度高等优点[2]。Toyama[3]设计了一种球形压电超声电机，并将该种电机作为相机作动器安装在管状探测机器人上；Tomoaki[4]研制了一台定子体积只有1 mm3的微型压电超声电机，该电机成为最小的压电电机之一；朱鹏举等[5]设计了一种大推力直线压电电机，当驱动频率为100 Hz时，该电机最大输出力为130 N；张海峰等[6]设计了一种高效压电旋转驱动器，解决了压电双晶片旋转驱动器能量利用效率低的问题；Chen等[7]利用20个压电堆和20个块状弹簧产生的行波，研制了一台利用径向弯曲模态的行波压电超声电机。……