装置。超声电机是一种新的自动控制执行器，是对传统电磁电机的突破和有力的补充，有
很大的应用前景。

    有限元法是对超声电机振子进行频率、模态分析时最常用的方法。它的优点在于能适应
较为复杂的情况，包括振子所受的力和约束边界条件，结构阻尼，和不同材料、复杂形状
组成的结构等。ANSYS 软件的出现，为对超声电机进行有限元分析、优化设计、可靠性设

 

计、运动仿真、模块化设计等方面的设计提供了一种实现手段。

    超声电机实际上是超声频域内的振动电机。不管是行波型或驻波型、旋转型或直线型超
声电机都是依靠压电陶瓷的逆压电效应来激发起定子在超声域内的共振(振幅为微米级)，
再通过定子转子或定子动子之间的摩擦作用，将其微米级共振振动转换为转子或动子的
单方向的宏观转动或直线运动。由此，定子的动态特性(共振频率及其振型)就至关重要。
选取超声电机定子的最佳共振频率及其振型，并根据其振型来设计压电陶瓷片的形状及
其分区极化的配置是超声电机设计的首要问题。应用 ANSYS 进行模态分析求解超声电机

 

振子的固有频率和振型，其动力方程是：

    [M](x(t))+[K](x(t))=0 

    [M]为质量矩阵，[K]为刚度矩阵，(x(t))

 

为位移向量。

    [K]中的每一个元素都与结构模型中的节点坐标有关，为保证[K]能够较好地反映结构
的真实刚度，应使所建立的实体模型真实反映模拟结构的几何形状。还应建立一个准确的

 

力学模型，施加外载荷和边界约束条件。

    模态分析可以确定超声电机的振动模态、共振频率以及共振时的振型，根据所得结果和
期望结果的差异来调整电机结构尺寸并进行支撑设计，对于初步的电机结构设计有很大
作用。在完成电机模态分析和设计后，可以确定谐响应分析的频率范围，接着进行谐响应
分析。谐响应分析可以求出某个节点在某个频率点下的振幅，这个振幅是绝对值，不象模
态分析中，振幅是一个相对值。再根据谐响应分析的结果对电机的定子的结构进行改进，

 

进一步优化设计电机。

    利用 ANSYS 软件强大的分析和优化功能，我们设计了多种直线型超声电机，对其运动

  

机理进行了研究，为以后的研究奠定了良好的基础。