机械毕业设计-超声波电机的设计（含全套CAD图纸+1.7万字说明书+外文翻译）

本资料包含doc文件7个、dwg文件7个、pdf文件1个，下载需要50积分

机械毕业设计-超声波电机的设计（含全套CAD图纸）文件目录：
定子.dwg
封面.doc
鉴定意见.doc
目录.doc
评阅表.doc
任务书.doc
上轴套.dwg
下轴套.dwg
压盖.dwg
转子.dwg
总装图.dwg
外文翻译\英文原文。Failure analysis of a vibrating shaft in a fretting wear simulator.pdf
毕业设计说明书.doc
超声波电机的设计.doc
底座.dwg
外文翻译

目录
第1章 绪论 3
1.1 超声波电机的定义与发展历史 3
1.2 超声波电机的基本工作原理 5
1.3 超声波电机的分类 6
1.4 超声波电机的特点和应用 6
1.5 超声波电机技术的展望 7
第2章超声波电机的运动机理 8
2.1 椭圆运动的分析 8
2.2 驻波的产生及行波的合成 10
第3章 超声波电机的理论计算与设计 13
3.1 定子谐振频率的计算 13
3.2 压电陶瓷换能器的设计和制作 16
3.2.1 压电陶瓷的设计 16
3.2.2 压电陶瓷材料的选用 17
3.2.3 压电陶瓷的接线方式 17
3.3 定子的设计及制作 19
3.3.1 定子尺寸与行波超声波电机输出特性的关系 19
3.3.2 定子的内外径尺寸的选择 21
3.3.3 定子的振动模态的选择 21
3.3.4 定子的齿形齿数设计 21
3.3.5 定子的结构设计 22
3.3.7定子材料的选择 23
3.4 转子的设计及制作 24
3.4.1 超声波电机转子的柔性要求 24
3.4.2 定转子径向弯曲配合 25
3.4. 摩擦层的设计 26
3.5 定转子设计的总结 26
第4章 超声波电机的驱动控制技术 27
第5章 超声波电机整体结构设计 30
第6章 全文总结 32
参考文献 33
致谢 34
附录 英文翻译译文 35


第4章 超声波电机的驱动控制技术
目前超声波电机的控制信号的产生方法有很多：
1）比较早期的方法是利用NE555定时器构成多谐振荡器，由振荡器产生频率可变的方波信号，方波信号加到环形计数器触发端，得到4路相位互差90°的方波信号，滤波后得到的正弦波通过脉宽调制控制芯片得到SPWM波。驱动功率逆变电路。这种方式调频由振荡器外围电位器调节，调节精度不够，而且是手动调节完全无法满足快速调速的要求，而且这种电路不具备调相功能，而且这种电路在频率自动跟踪的性能很差。考虑到NE555定时器调频控制很困难，采用压控振荡器VCO这种电路产生初始脉冲，可选用LM331。输出的信号经过分频分相电路变成四路相位相差90°，频率为输入信号四分之一的脉冲信号。分频分相电路可选用的方法有很多可以采用环形计数器，也可以采用移位寄存器40194，74LS161等。但是考虑到超声波电机频率特性随环境变化而变化，一般采用CD4046锁相环芯片作为VCO并进行频率自动跟踪。如果利用这种方法进行调相调速的话，需采用高分频数的芯片才行，这样带来的成本会很高。
2)目前随可编程逻辑器件（CPLD/FPGA）的发展，可以将锁相环，分频移相电路集成到一块芯片中，这样的话就可以将分频数很大程度的增加，进而很容易的实现变相调节。也可以使用数字芯片DSP通过编程实现两路相位，频率可以变化的信号，在进行分频移相驱动功率电路。
3）近年来发展起来的直接数字频率合成技术（DDS）已经成为了超声波电机驱动技术的研究重点。DDS 基本原理是利用奈奎斯特采样定律，经过查表后把一系列的数字量信号通过DAC 转换成模拟量信号输出，控制器控制 DDS 信号发生单元产生两路独立的正弦信号，两路信号间的相位差可以在 0°～360°范围内任意调节。DDS技术可以采用专用的DDS芯片，比如AD公司的AD985，也可以利用CPLD/FPGA搭建或DSP编程实现。来这种方法具有频率切换时间短、频率分辨率高、相位变化连续、易实现对输出信号的多种调制等优点。
当前超声波电机驱动电路研究的重点在功放逆变电路。目前驱动电路的设计大都采用功率半导体器件、开关型逆变电路、高频变压器等现代电力电子技术手段。使用较多的有推挽式变换电路，隔离型的半桥、H桥驱动电路。
在系统处于机械谐振状态时，超声波电机是容性负载。由于超声波电机在谐振频率附近工作时，系统呈现容性，一般采用电感进行匹配，抵消静态电容的容抗分量的影响[16]。匹配电路的作用有以下三个方面：
(1)阻抗匹配，即通过匹配使驱动电源向电机输出的电功率达到最佳点，把
电机的阻抗变换成驱动电路的最佳负载。
(2)谐振匹配，即通过匹配使驱动电源输出效率最高，这是由于超声波电机呈容性，造成工作频率处的输出电压和输出电流存在相位差，使驱动器输出效率降低。
(3)滤波，由于超声波电机的驱动电源采用开关技术实施功率放大，其信号输出为方波，因而需要滤除高频杂波，改善输出电压的波形，以免激发出定子的非工作模态。
匹配电路的主要思想是通过加入匹配电路来使超声波电机的定子对外呈现电阻性。匹配的方法有并联电感、串联电感、电感-电容匹配，T型网络匹配，LLCC匹配等方法。