纵弯模式转换型超声马达的性能研究

设计并制造了一种纵弯模式转换型超声马达，对其转动机理，影响其效率的诸因素及其性能进行了分析和测试。实验表明，该马达具有频漂小，转速稳定，转换效率高等特性。     

模式转换型超声马达的研究

报道研制的一种模式转换型超声马达．给出该超声马达驱动力和弯曲振动对瞬态摩擦力响应的表达式；讨论了装配角与初位相和驱动力之间的关系；最后测量了该马达的转速．结果表明，该马达具有结构简单、转速低等优点．     

三相驱动的平板弯曲行波超声马达研究

分析了超声马达的运行机理、椭圆运动的生成过程以及超声马达的结构和性能.通过对三相驱动的平板弯曲超声马达的研究,论证了弯曲振动行波形成的条件.结果表明,三个相位差为120°的振动波也可以合成椭圆振动.     

纵弯复合多自由度超声电机的研究

提出了一种新型单振子多自由度超声电机结构,由单一驱动足产生多自由度驱动轨迹,驱动转子多自由度运动,其输出端驱动质点运动轨迹的大小和方向可以通过两正交换能器的复合激励进行矢量控制,可以产生3种改变运动方向的正交椭圆轨迹.对十字交叉换能器做了模态分析,对纵振和弯振做了模态简并,建立了驱动足的运动轨迹方程,并分析了典型驱动方式下驱动足的运动轨迹.研制了一种基于单振子纵弯换能器驱动的多自由度球形超声电机,该电机具有结构紧凑、绝对输出力矩大、驱动简单等优点,从根本上解决了多振子驱动形式带来的各驱动振子之间的相互干扰和阻碍问题.实验测试样机绕X、Y轴旋转时,输出转距为0.97 N·m,最高转速为11 r/min,绕Z轴旋转时,输出转距为0.27 N·m,最高转速为66 r/min.     

纵弯复合模式超声换能器设计

设计了一种夹心式纵弯复合振动模式超声换能器,该换能器由纵向夹心式压电超声换能器与弯曲正六边形薄板组成.采用有限元方法,对一定几何尺寸边界自由的正六边形薄板进行模态分析,得到中心位移最大的某一模态,设计以该模态的频率作为共振频率的纵弯复合模式换能器.实验结果表明,换能器的共振频率测试值与设计值基本吻合,达到预期设计目标,这种六边形辐射板换能器可应用于特殊环境的超声测量,或应用于超声生物处理和声化学反应设备中,对该换能器的设计和理论模拟有利于更好掌握其振动特性及其产生的声场分布,对实际应用有指导意义.     

夹心式纵—弯复合振动模式超声换能器的研制

研究了一种新型的夹心式纵－弯复合振动模式电超声换能器。     

超声旋转行波马达研究

采用解析法求解了环形行波超声马达定子振动的幅频特性，并在此基础上，依据马达转子的动力学方程，建立了定子与转子间的接触数学模型，从理论和实验两个方面分析了输入激励电源频率及电压大小变化对马达输出机械特性的影响，结果表明，超声马达的输出特性与激励电源的参数密切相关，在谐振频率附近，马达的阻转力矩和输出转速都有较大增加，增加驱动电压，阻转力矩和输出转速将单调增大。     

纵-扭复合型超声马达共振频率调谐

将传统的复合型超声马达改进成双定子对称结构,提出一种通过在定子上附加一个调整环实现纵、扭振动同频共振的新方法.根据线性压电理论建立定子振动分析理论模型,研究定子的纵向振动与扭转振动第一阶固有频率随调整环质量和位置的变化规律,优化双定子复合型超声马达的几何结构参数.研究结果表明:调整环的质量对定子纵向振动与扭转振动的固有频率的影响程度相同,但调整环在定子上的位置对纵向振动的固有频率的影响程度有较大差异.当改变调整环在定子上的位置,纵向振动一阶固有频率的变化很小,但扭转振动一阶固有频率变化较大;调整环处于定子端部时,可以实现定子纵向振动与扭转振动一阶固有频率的调谐.     

纵扭复合马达驱动特性研究

以复合超声马达定子与转子间的耦合传动为研究对象，提出了定子与转子间的粘着摩擦模型．依据马达转子的动力学特性，建立了定子与转子间的耦合力矩方程．对马达特性的仿真分析表明，耦合接触角是决定马达特性的决定因素，这为马达的有效控制提供了理论依据，     

复合型超声马达纵向振动建模

针对采用一维理论模型在研究复合型超声马达振动特性时分析结果出现误差的情况,设计一种新型双定子复合型超声马达;利用马达的对称性建立了定子纵向振动分析物理模型;将定子纵向与横向振动的动能同时引入Hamilton方程,推导了考虑马达横向振动效应的定子纵向振动分析微分方程与动力边界条件;运用Maple软件对定子运动微分方程进行求解,获得了定子纵向振动固有频率;采用有限元模型与一维理论模型时定子的纵向振动固有频率进行对比计算,并对马达原型机的固有频率进行测定.研究结果表明:所建模型比一维理论模型具有更高的分析精度;分析结果与实验值及有限元计算值吻合.     

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     

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.     

夹心式纵-弯复合振动模式超声换能器的研制

研究了一种新型的夹心式纵－弯复合振动模式压电超声换能器．这种换能器用两套压电陶瓷片分别产生纵振动和弯曲振动．利用波动方程的通解,再加上边界条件,推出了纵振动和弯曲振动的频率方程．由频率方程设计出换能器的尺寸,使两种振动模式工作在同一频率．为验证设计理论,制做了一个频率为１０ｋＨｚ的换能器．实验结果表明,换能器的共振频率与设计值基本吻合．     

剪切变形与转动惯量对超声波电机振动特性的影响

从梁的振动基本理论出发,寻求适合不同结构超声波电机的振动理论与振动方程,分析和计算了环形和柱体两类超声波电机的振动模态和固有频率,研究了剪切变形与转动惯量对超声波电机振动特性的影响.结果表明:估算大直径环形超声波电机的振动特性可采用伯努利欧拉梁理论;计算柱体超声波电机的振动特性时,必须考虑剪切变形和转动惯量的影响,即应采用铁木辛柯梁理论.     

单定子多转子型超声马达的研制

从扭振换能器理论和弹性柱体扭转理论出发，利用柱体扭转时的翘曲振动，研制成一种单定子多转子型超声马达     

大力矩行波超声电机的性能

研制了一种新结构、大力矩行波型的超声电机。该超声电机中,压电片被粘接到金属体上构成振动体,作为转子,并与外壳接触。电机的外壳兼作定子。通过转子、定子之间的摩擦力驱动转子转动。这种电机结构除减少了单独的转子部件外,还提高了超声电机的力矩输出性能。利用有限元方法对电机的转子进行优化设计,计算了直径100mm的行波超声电机的转子的模态。根据设计制作出样机。并对样机性能进行了测试,堵转力矩超过了4N.m。该电机具有重要的应用前景。