● 摘要
超声马达是国内外近年来迅速发展起来的一种新型马达，具有低速大转矩、能量体积比高、响应速度快、无电磁干扰、可控性好、能自锁等优良特性。在照相机自动聚焦已被产业化应用，在航空航天、机密仪器仪表、机器人等领域有着广阔的应用前景。目前仍处于深入研究阶段。纵扭复合超声马达具有可控性好，输出功率高等特性而受到业内人士的重视。本文前人工作的基础上，对纵扭复合超声驻波马达的驱动机制、摩擦耦合、数学建模和频率兼并四个方面进行了系统的理论研究，为其设计提供理论依据，推动它向实用化发展。主要工作如下： （1）对驻波马达的驱动机制进行了细致的分析，从理论上得到各种预压力情况下马达的最佳驱动状态，并定性分析了马达在摩擦力驱动下的驱动特性。详细探讨了粘着摩擦和古典摩擦的区别，为进一步分析定转子耦合转动奠定基础。 （2）提出一种适合于马达定、转子耦合接触特性的摩擦模型，即粘滑摩擦模型，深入的分析了预压力、纵扭振子输出压电应力的协同作用机理，建立了马达数学模型，仿真计算了马达的机械特性和效率，得出在马达稳定运转的前提下，小接触角有利于马达效率的提高和驱动转矩的增加。从而为优化马达的设计和控制提供理论依据。 （3）建立了超声振动系统四端网络方法的数学模型，提出细杆隔振-质量匹配的频率兼并方案，应用于纵扭复合超声马达定子的设计，达到纵扭谐振频率兼并的目的。通过四端网络传输矩阵法和有限元软件的计算结果对比，筛选出细径最优直径参数为1/2的结论，同时证明细杆隔振-质量匹配的频率兼并方案的具有可行性。并总结出一套实现纵扭谐振频率兼并的计算方法和步骤。