行波旋转型超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应,使定子接触表面产生行波振动,通过摩擦驱动转子转动的一种新型电机。这种电机具有转矩密度大、不受磁场干扰、结构简单、设计灵活等优点,在医疗、航空航天、精密仪器仪表、机器人等领域具有广阔的应用前景。本文根据超声电机存在的不足,运用有限元法对电机接触模型进行研究分析,分析了定子和转子的结构优化,接触面接触状态和质点运动形式等。具体内容如下:首先,介绍了超声电机的特点和应用背景,总结了超声电机的研究现状和目前的不足之处,其中超声电机面临的问题主要是:接触面局部磨损严重;电机能量转换效率低。分析了行波旋转型超声电机的组成、结构特点和工作原理,建立定子分析模型,并进行模态分析和谐响应分析,对定子的固有频率和振型进行了分析和选择,并得到了定子的幅频特性。其次,根据超声电机结构特点建立电机定子和转子分析模型,构建影响电机机械性能主要四个参数即转子腹板厚度、定子腹板厚度、柔性部分宽度和高度,运用ANSYS有限元软件进行仿真分析,并在相同边界条件下,分析各结构参数变化对电机接触面接触应力、接触滑移距离和接触间隙距离的影响,分析总结各结构对接触状态的影响规律。再次,利用BP神经网络和有限元分析结合实现对超声电机结构的优化设计,根据正交试验进行样本数据的选择,建立了BP神经网络分析模型,并拟合了定转子结构参数与优化目标接触应力之间的关系,预测了各结构参数对接触应力影响规律曲线,改善了接触面接触状态。进一步分析了定子腹板厚度对定子齿接触面质点振幅的影响,得到了定子腹板厚度变化对振动幅值的曲线,实现对超声电机定转子结构参数的优化设计,并利用有限元分析得到了超声电机的机械特性曲线。最后,根据建立的超声电机分析模型,进行定转子接触面的动态分析,得到了转子质点的运动曲线,分析了现有超声电机摩擦层的磨损情况以及接触面接触应力空间分布,接触作用力沿径向和周向的分布情况;定子和摩擦层接触面质点沿径向和周向的运动轨迹。接触区域有驱动区域和阻碍转动区域之分,并且在不同负载时,各个接触区域分布长度会发生变化;进一步提出新构型的带沟槽的摩擦层,对比与原构型摩擦层电机的负载特性,机械性能得到了明显的改善。