该文提出了一种基于盘型对称驱动的惯性冲击旋转压电马达。该马达主要由定子、转子、驱动足和预紧装置组成。马达激励信号为锯齿波信号, 采用压电叠堆激励实现马达高功率输出。马达通过螺杆将定子与预紧装置装配于一体, 实现了马达结构紧凑化与微型化。设计加工了马达样机并通过实验验证了马达的工作原理, 对马达的综合性能进行了分析和测试。测试结果表明, 当马达预紧装置施加的预紧力为1 N, 输入激励电压峰-峰值为80 V, 激励信号频率为1 kHz, 且每输出一个周期锯齿波, 激励信号延迟100 ms再输出下一个, 以研究马达静态启动特性和步长, 测得马达的最大空载速度达到3.05 r/min, 平均步长为0.032 rad; 激励信号频率为3 kHz时, 马达的最大空载速度达到9.1 r/min, 马达最大负载可达16.2 N·mm; 马达在0.5~3 kHz激励信号频率范围内均可实现转动。

针对橡胶等难切割材料的加工问题, 该文设计了一种基于夹心式压电换能器的超声刀。根据振动及波动理论设计了夹心式压电换能器及其变幅杆。利用有限元分析软件ANSYS 14.0对超声刀进行了模态分析, 得到了超声刀工作模态的谐振频率。最后搭建实验测试平台, 通过实验测出了样刀的谐振频率, 并进行了功率和切割效果测试。实验结果表明, 随着负载的增加, 超声刀的功率呈线性变化, 且负载相同时, 输出功率随驱动电流的增大而增大, 参考电流分别为200 mA、250 mA、300 mA时, 对应切割7张纸的功率分别为3.7 W、4.1 W、5.9 W, 功率特性良好。与普通刀具相比, 超声刀切割时, 切口更光滑整齐, 切割效果良好。