子尺寸使得对称模态和反对称模态频率一致性更好。计算中，45#钢部分采用 s。bd45 单元，
压电陶瓷部分采用 solid5 单元。
    通过有限元模态分析，在超声频率范同内，找出所需要的对称模态频率和反对称模态
频率。
    2 2 柔性夹持设计柔性夹持的柔性片段设计为圆弧形，通过采用不在同心两个圆弧，设
计成柔性圆弧夹持在两端的厚度(2 mm)大于柔性圆弧夹持中部厚度(O．7mm)，保证柔性
夹持结构强度同时保证其弹性作用。
    运用有限元分析其弹性系数 k=156 N／mm。考虑到定子的振动模态，柔性铰链夹持连
接在配重块的节面处，减少对电机振动影响。根据理论与经验，在定子中间用柔性铰链连
接在一起，保证定子在受预压力时，两相定子不会出现大的变形，同时电机在运行时，
保持结构稳定性。
    3 实验研究

3 1 定子模态实验根据设计与计算所得到合适的定子结构参数，并加工电机样机。用

Polytec 公司的 PsV300F—B 型高频扫描激光测振系统测试定子振动模态，并与有限元模
态计算结果相比较。
    实验与有限元计算结果吻合较好。主要原因是超声波电动机一体化设计消除了装配误差，
祭个电机定子为一体结构，使得定子模态参数更接近于理论值，也使得各个电机定子之
间模态频率相差很小，有利于超声波电动机的批量生产。同时扫频试验表明．该设计消除
了电机定子两相_F 扰模态，使得电机模态扫频只存在一个波峰。
    相比较于传统电机，一体化电机两相模态频率比较纯，没有干扰模态频率，两相频率
一致；但是工作频率更高，工作频带更窄。
    3．2 电机的最佳工作频率为 51．4 kHz，但是它的 T 作频带较窄，不利于速度调节电
机速度随相位差的关系曲线表明电机在相位差为 90。时，其运行效果最好，同时在 25。～
140。的相位差范围内均可工作。电机空载速度随激励电压的变化表明电机速度随电压呈线
性增加。它说明了电压越大，电机获得能量越大，电机运行速度便会加大。
    经测试，预压力为 40 N，驱动电压 200V 时，电机最大输出力 15 N，空载速度为 471 
mrn／s，定子质量为 125 g，推重比达 12。
    4 结语针对 v 形直线超声波电动机凶装配误差导致的两相频率不一致的问题，本文提出
超声波电动机定子和夹持元件一体化设计的方法。通过有限元分析，设计出具有柔性夹持
元件的定子，该定子和夹持元件构成一个整体结构，并通过线切割一次加工而成。
    研制了具有柔性夹持的直线超声波电动机样机，并开展了实验研究。实验表明，该设计
方法消除了 v 形直线超声波电动机因加工装配导致的两相频率不一致的问题，并确保定
子两相模态频率一一致性。
    在 200 v 电压下，该电机最大输出力为 15 N，最大空载速度达到 47l mm／s，推重比为
12。它表明一化设计方法能够用于电机设计，它减少了加工装配程序，保证定子 l 黼项模

  

态频率的一致性，更有利于批量生产。