● 摘要
超声电机是一种运用压电陶瓷逆压电效应而制作的新型微特电机。超声电机在航空航天、精密仪器、光学仪器、医疗设备、汽车领域、武器装备、微机电系统等方面都有着广阔的应用前景。在对超声电机基础理论研究的基础上，本文系统深入地研究了压电螺纹驱动器和步行式直线压电驱动器两种直线型超声电机，并对其应用进行了初步的探索。本文主要研究内容如下：1，研究了超声电机的一些基础理论，包括压电方程、悬臂梁的弯曲振动、悬臂梁的伸缩振动。重点研究了压电陶瓷常数的坐标变换，获得了压电陶瓷常数坐标变换的方法（已用MATLAB编程实现），并用这种方法对常用的几种压电陶瓷的常数进行了坐标变换；为便于ANSYS仿真计算，在此基础上编制了几种常用的压电陶瓷（极化方向分别沿三个坐标轴及其反向）的极化文件。2，在合作单位-清华大学材料科学与工程系新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室的研究基础上对兰杰文型螺纹驱动器进行了研究；重点是螺纹驱动器的机理研究，螺纹驱动器的椭圆振动模型的建立；提出了一种等效应力法，并应用它分析了压电陶瓷对螺纹驱动器的驱动作用；获得了设计螺纹驱动器的指导原则；提出了螺纹驱动器的四个设计方案并分别进行仿真优化，在此基础上制作了这几个方案的样机并进行实验，结果表明本文对螺纹驱动器的研究是成功的；进一步，本文应用这种驱动器设计了一种便携式胰岛素注射泵。3，提出了一种工作方式类似于人步行的直线压电驱动器；通过分析这种驱动器的工作机理建立了其椭圆振动模型，在此基础上分析了压电陶瓷的驱动机理；提出了该种驱动器的四个设计方案并仿真优化，制作了这几个方案的样机并进行试验，结果表明本文对该种驱动器的设计思路是完全正确的；进一步，本文应用该驱动器设计了一种精密直线工作台。