中空环形行波超声波电动机赫兹接触模型

      超声波电动机定子与动子之间的接触摩擦耦合是电机能量输出的关键，因此，建立定子与动子的接触模型，对超声波电动机的设计、优化乃至控制都具有重要作用。目前，国内外已有许多学者对超声波电动机接触模型进行研究。刘锦波等采用解析法建立了环形行波超声波电动机摩擦传动模型，在该模型中，忽略了定转子接触界面上的粘滑分布，简化地认为接触界面上仅存在滑动分布情况。Storck等采用解析法建立行波超声波电动机定转子粘弹性接触模型，指出摩擦材料的切向弹性变形既是定转子接触粘滞区形成的原因，也是影响摩擦损耗和电机效率的重要因素。曲建俊等同样基于解析法建立了粘弹性接触模型，对摩擦材料粘结在定子表明上的接触模型进行了有益探索。考虑到接触的非线性，采用解析法建立超声波电动机的接触模型时，往往需要进行一定的简化，如忽略定子齿槽，将定子表面看成是连续的表面等。除了采用解析法，研究学者还提出了基于有限元法的超声波电动机接触模型。Maeno等人用有限元法研究了环形行波超声波电动机定转子的接触模型，计算了定子和转子接触表面质点的切向和法向的位移及速度，得到了电机的输出特性，同时指出接触区内存在复杂的粘滑分布。周盛强等用ANSYS软件的三维点点接触单元，对旋转行波超声波电动机定转子稳定接触问题建立了简化的有限元模型，分析电机稳定工作的某一时刻定转子的接触状态。Shen等建立了行波超声波电动机简化的二维有限元接触模型，以分析接触界面内摩擦材料应力分布及劣化情况。采用有限元法建立接触模型时，可以考虑电机齿槽等复杂的结构，但需要较多的计算资源，当电机结构变化时，需要重新建立模型，因此比较费时。Ro Jong-Suk等总结比较了多种不同的行波超声波电动机接触模型，将不同接触模型的理论分析结果和实验结果进行对比，指出基于赫兹接触理论的模型具有最高的精度。