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行波型超声波电动机柔性转子结构设计

董金宝１，焦振宏１，张武２

（１．西北工业大学，陕西西安７１００７２；２．西安创联超声技术有限责任公司，陕西西安７１００７６）

摘要：对行波型超声波电动机采用的柔性转子结构形式进行了研究，利用三维建模软件Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ对一种结

构形式的柔性转子进行了建模，并利用其自带的有限元分析软件ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ对转子做了静态载荷仿真分析，得

到了在一定预压力下柔性转子的最小安全系数、静态位移和应力分布图。实验结果表明：仿真结果对转子的设计和

生产装配有重要的参考价值。

关键词：行波型超声波电动机；柔性转子；三维建模；ＣＯＳＭＯＳＷｏｒｋｓ；安全系数；静态位移；应力分布

中国分类号：ＴＭ３￥

文献标识码：Ａ

文章编号：１００４－７０１８（２００９）１２－００３３－０２

Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｒｏｔｏｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ

Ｍｏｔｏｒｓ

ＤＯＮＧ

Ｊｉｎ－ｂａ０１，ＪＩＡＯ

Ｚｈｅｎ－ｈｏｎｇＬ．ｚＨＡＮＧ Ｗｕｌ

（１．Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ

Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ７ａｎ ７１００７２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉ７ａｎ ＣＬＵＴ

Ｌｔｄ，ｘｉ７ａｎ７１００７５，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｆｌｅｘｉｂｌｅ

ｒｏｔｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｍｏｔｏｒｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｂｕｉｌｔ

ａ

ｆｌｅｘｉｂｌｅ

ｒｏｔｏｒ

３Ｄ

ｍｏｄｅｌ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ，ａｎｄ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ

ａ

ｓｔａｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ

ｏｎ

ｌｏａｄ

ｂｙ ｔｈｅ ＦＥＭ ｓｏｆｔｗａｒｅ

ＣＯＭＯＳＷｏｒｋｓ

ｗｉｔｈｉｎ

Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ．Ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ，ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ

ｓｔｒｅｓｓ

ｄｉｓｔｒｉｂｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｒｏｔｏｒ

ｏｎ

ｃｅｒｔａｉｎ

ｌｏａｄ

ｗｅｒｅ

ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ

ｓｅｌｒｖｅ

ａ

ｖａｌｕａｂｌｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ

ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ ＵＳＭ ｒｏｔｏｒ．

在超声波电动机研究和设计的早期，转子基本

上采用刚性结构设计。为了使定转子之间有一定的

预压力，通常是在转子上安装一个碟形弹簧，利用碟

形弹簧的形变来保持定转子之间的接触压力。但是

通过实验发现，电机在实际运行时，定子和转子的接

触面并不是平面，因为超声波电动机定子在形成行

波后，不同半径上的质点不仅有轴向振幅，而且存在

径向滑动。这样就增加了电机定转子之间的磨损，

影响电机的输出力矩。而电机的输出力矩是由定转

收稿日期：２００９－０３－１３

改稿日期：２００９－０４－２０

２柔性转子结构

本文对ＵＳＭ５０超声波电动机设计了一种柔性

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行波型超声电动机柔性转子结构设计

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