纵扭型压电超声电机的摩擦特性仿真研究

建立了纵扭复合型压电超声电机输出扭矩的数学模型 .根据模型讨论了预压力Fpre、纵振激振电压VL、扭振激振电压Vt、摩擦力f、电机的输出扭矩Mout、转子转速ωR 和扭振子振动速度ωV 等的关系 .在实验中发现 :电机的最大输出扭矩并不总是随扭振激振电压Vt 的增大而增大 ,当扭振子输入电压达到 30 0V以后 ,电机的最大输出扭矩不再增加 ,而是有一最大值 ,当扭振子输入电压达到 35 0V时 ,电机的最大输出扭矩达 1N·m .可用上述模型解释这种现象 .模型的仿真结果和实验结果相对吻合     

具有模态解耦构型的纵弯直线超声电机

为减小纵弯直线超声电机的模态间耦合效应,提高电机的控制性能和效率,研制了一种新构型的模态解耦型超声电机.该电机采用兰杰文换能器结构,压电陶瓷布置模式为:纵振压电陶瓷置于电机中部,弯振压电陶瓷置于电机纵弯振型的波腹处.利用有限元模态分析方法,通过调整结构参数对电机纵弯固有频率进行调谐使其趋于一致.对样机的阻抗特性分析和多普勒激光测振结果显示:纵弯模态间耦合程度明显降低,其典型机械输出特性中最大速度为920mm/s,最大推力为45N,指标优于在基本尺寸和激励条件相近前提下的非解耦构型的480mm/s和25N.     

面向21世纪的超声电机技术

叙述了新型微特电机--超声电机的特点，回顾了20世纪末期超声电机的发展和应用情况，介绍了南京航空航天大学超声电机研究中心在超声电机研究方面的进展，预测了21世纪国内外市场对超声电机技术的需求，列举了超声电机技术在我国国防和国民经济各部门的应用前景，指出了超声电机技术的发展趋势，针对我国超声电机技术开发和研究的现状，提出了为发展我国超声电机技术亟需解决的若干关键问题。     

新型行波超声电机设计

提出了一种柱面驱动的新型超声电机,这种新型结构增大定转子之间的接触面积,不同于以往圆板或圆环行波超声电机的定转子间在以波峰为中心的球形区域接触,而是采用以圆柱母线为中心的矩形区域接触,从而提高了电机的转矩.运用ANSYS9.0对定子的振型进行模态及瞬态分析,并运用振动理论推导了电机的运动学方程,通过实验测试了该电机的性能.     

柱面驱动新型行波超声电机的研究

为增加定转子接触面积,使接触应力分布均匀,从而减少接触区磨损,提高电机的机械性能,利用壳体的非轴对称振动模式,成功地研制出一种柱面驱动新型行波超声电机．在设计的电机结构中,给出了压电陶瓷的极化、分布和驱动方式,运用有限元分析软件ANSYS9．0对定子进行了模态和谐响应分析,并运用振动理论推导了定子齿上的椭圆运动轨迹方程．实验表明,该电机在驱动电压有效值为150V、驱动频率为16．1kHz时,堵转转矩为1．8N·m,最大空载转速为64r／min,说明电机的连续运转性能良好,能够保证定转子之间的良好接触,使电机平稳转动,从而提高了电机的机械输出性能．     

H形直线超声电机振子的结构分析及模态优化

在纵、弯复合模态直线超声电机的基础上,提出并试制了一种新型的直线超声电机。通过解析法确定振子两侧直梁的长度和厚度范围;完成了H形振子的结构设计,确定了振子的柔性支撑方案。利用ANSYS软件对H形压电振子进行了优化设计。根据优化设计结果,试制了原理样机。实验结果表明:振子的实测谐振频率与有限元计算结果有一定的偏差。实测的频率比有限元计算值要低,其原因是在测试时,振子的边界条件与有限元计算时相比发生了变化。     

面向超声喷丸的纵弯复合换能器设计与分析

为解决当前超声喷丸枪在狭小空间内难以加工壁板的问题,设计了一种纵弯复合模态的夹心式压电超声喷丸换能器.采用COMSOL仿真软件,对换能器进行模态分析,计算得到纵振和弯振的谐振频率,并改变尺寸使换能器在2种模态下均呈现较大的振幅.采用多普勒测振仪对换能器工作端面扫频,纵振与弯振振幅分别为1.0和0.8μm,经匹配后振幅各增长了40%和50%.利用激光位移传感器测得2种模态下撞针振幅均可到达1.2 mm.同时,对2024-T351铝合金板件进行了超声喷丸成形试验,并采用X射线法对喷丸后板件中的残余应力进行了检测.超声喷丸成形试验和残余应力检测表明,板件喷丸后发生不同程度的变形,且板件中的残余压应力最大可达250 MPa,验证了纵弯复合换能器的有效性.     

纵振复合双足直线超声电机

为了有效提高超声电机的机械输出性能,研制了一种纵振复合双足直线超声电机.该电机由两个竖直纵振换能器和一个水平纵振换能器组成,水平纵振换能器上变幅杆末端小端面与竖直纵振换能器变幅杆大端侧面结合,且变幅杆为采用一整块硬铝合金加工而成的一体件.对电机的工作原理进行了分析,利用有限元方法对电机进行了设计与仿真,实现了电机两个基本振动模态特征频率的简并.采用多普勒激光测振仪对样机振动特性进行了测试,测试结果与有限元分析结果吻合良好.机械输出特性测试结果表明,样机最大速度为602 mm/s,最大推力达32 N.     

纵扭复合型超声马达谐振频率的理论研究

目的对夹心式纵扭复合振动模式压电超声马达的共振频率进行理论研究。方法根据纵扭复合超声换能器纵向振动模式及扭转振动模式的共振频率方程,首次提出负载因子的概念。结果得出了纵扭复合型超声马达谐振频率与负载的变化关系。实验表明,超声马达纵扭各自共振频率的理论计算值与测试值基本符合。结论为纵扭复合型超声马达的设计提供了一定的理论基础。     

柱面行波超声电机机构及理论研究

本文提出了柱面驱动行波超声电机,利用压电陶瓷的逆压电效应激励出圆柱壳体沿圆周方向的非轴对称振动模式,壳体沿轴向振动是同步的,避免了定子上各驱动质点与转子间接触的不均匀性。给出了该电机定子上压电陶瓷的极化、分布及驱动方式,设计了电机的固定及施加预紧方式。采用有限元分析软件ANSYS9.0对压电陶瓷和壳体构成的定子结构进行了模态及瞬态分析,确定电机定子各尺寸参数。测试电机机械输出特性指标为：最大空载转速：64r/min,最大转矩：1.8N.m。     

系列超声波电机的研制及其应用

描述了系列环形行波型、柱体弯曲振动型、新型步进型、多自由度等超声波电机的结构与工作原理 ,阐述了其在精密定位控制系统、汽车电器、航空航天等领域的应用前景 .其中 ,系列环形行波型、柱体弯曲振动型、新型步进型超声波电机达到了产业化的要求 .特别是直径为1 0 0mm的行波型超声波电机堵转转矩达到 2 .2N·m ,并获得了国家专利 ,新型步进型超声波电机最大负载达到 0 .1N·m .     

一种实用超声马达驱动电路的设计和制作

超声波马达是一种借助摩擦传递弹性超声波振动以获得动力的驱动结构。超声波马达需要专用电源供电,在实验室中只要具有信号发生及放大装置即可满足这个要求,而当马达作为某个装置的部件时,就需要配置专用的可移动电源器。针对实验室利用压电材料所研制的新型超声波马达,设计和制作出了一种专用驱动电路。该驱动电路由干电池提供直流电源,产生频率范围为10-100kHz,电压峰峰值为0-180V可调的超声波信号。实验结果表明,研制的电路性能稳定,能方便地驱动超声波马达,并良好运转。     

压电陶瓷换能器在超声波测距仪中的应用

文章介绍了超声波测距的原理,论述了超声波测距仪的主要部件——压电陶瓷换能器的结构设计。证实将振子设计成压电陶瓷和金属片的矩形粘合片的形式,可实现与空气声阻抗良好的匹配。并当谐振频率为36kHz时,弯曲振动模式产生的超声场呈扇形,使所发射的超声波在空气中的传播效率较高,满足了仪器对检测范围、精度和灵敏度的要求。     

预压力对纵扭复合压电超声马达共振频率影响的研究

研究了预压力对超声马达共振频率的影响.通过对纵扭复合型压电超声马达运行机理的研究,分析了预压力与纵扭复合型压电超声马达纵扭振子输出压电应力协同作用的机理.理论和实验研究结果表明,纵纽复合型压电超声马达的共振频率随预压力增加而增加;马达预压力和共振频率存在正比关系.理论分析和实验测试结果符合较好.     

行波超声电机动态控制模型的研究

对行波超声电机的控制模型进行了研究，并建立了等效动态振动模型。通过仿真分析其激励电学参量对定子振动的影响。利用日本新生株式会社USR60行波超声电机的实验数据对仿真模型进行比较和实用性验证，从而为有效的高性能超声电机控制提供必要的模型参考根据。     

行波型超声波电机新型驱动控制电路的研究

由于超声波电机的工作原理及其驱动控制方式不同于传统的电磁型电机,针对超声波电机的驱动要求,研制了一套新型频率跟踪及调速装置,对该装置中硬件电路部分的实现作了详细介绍.     

精密永磁直线电机的自适应滑模控制

与一般的回转电机相比,永磁直线电机在需要实现直线运动的应用中有定位精度高、速度快等优点,但是,直线电机对扰动和系统参数变化很敏感,而且由于摩擦力和推力脉动使系统具有明显的非线性.针对这些问题,提出了一种自适应控制器的设计方案,并给出该设计的永磁直线电机的数学模型.该方案用一个滑动模态的控制输入补偿摩擦力和推力脉动.理论分析和仿真实验结果表明,自适应控制器获得的最大误差小于10 μm,其性能远远优于经典的PID控制器.     

超声淬火实验研究

用不同的淬火材料、淬火介质进行超声淬火实验研究,对比分析表明,超声可提高淬火材料的表面硬度,增加淬透性,减小工件在淬火过程中的开裂或变形等。同时,在超声作用下,用清水作介质的淬火效果比盐水介质更为理想。     

不同结构超声波电机振动特性解析

根据梁的振动基本理论,寻求适合不同结构超声波电机的振动理论与振动方程,分析了环形和柱体两类超声波电机的振动特点、固有频率及主振型.研究得出:分析计算不同结构超声波电机的振动特性应采用不同的振动理论.伯努利欧拉梁理论可以用来估算大直径环形行波型超声波电机的振动特性,但计算柱体行波型超声波电机的振动特性时必须采用铁木辛柯梁理论.     

1 mm管式悬臂梁结构微型超声马达研究

利用外径1.0 mm,内径0.6 mm的压电PZT陶瓷管,研制了相同结构的三种不同长度悬臂梁的管式微超声马达.为改善定子与转子之间的摩擦性能,在定子的自由端粘结金属帽形成复合定子.马达定子外壁均匀分为4个电极,内壁接地;为消除引线对定子振动的影响,电极通过固定座直接连接到驱动电路.通过不同质量的负载,调节定子和转子之间的预紧力.考虑定子管长和金属帽的影响,采用有限元方法分析定子共振频率和有效机电耦合系数随陶瓷管长度和金属帽质量的变化.结果表明,随着管长或金属帽质量的增加,定子共振频率和有效机电耦合系数下降.根据理论计算和实验测量,表明所研制的微型超声马达第一阶弯曲共振频率的理论分析值与实验测量值吻合.实验测量还表明,马达在定子共振频率附近具有最大转速;并且在相同预紧力下,马达转速随电压近似线性增加,当电压加至120V时,转速可达每秒85转,加大预紧力,马达输出力矩提高,当预紧力加至70 mN时,输出力矩可达4.7μNm.