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。     

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．     

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.     

新型纵弯复合换能器频率特性及辐射声场研究

各边界条件下矩形厚板辐射声场的辐射声场的解析解很难得到,因此利用有限元法分析了由夹心换能器与矩形厚板组成的新型纵弯复合换能器谐振频率的影响因素和辐射声场。结果表明矩形厚板几何尺寸对纵弯换能器频率产生较大影响,谐振频率随着接触面积的增大而增大;随着厚度的增大,各模态频率变化趋势与单独矩形板随厚度增大时频率变化不同;频率较低时,谐振频率随着矩形板宽度的增加而增大,但在频率较大时振动比较复杂,规律不明显需根据具体实际情况确定;同时实验测试结果表明模拟结果与实验结果误差较小。辐射声场研究结果表明矩形板几何尺寸会对复合换能器声场产生不同影响,相同振动模式下随着频率的增加,换能器在各模态频率下的指向性峰值变大且越来越尖锐,并且在主峰外出现了较多次峰;当板厚度增加,相同模态下的指向性变得更加尖锐,其结论可为纵弯振动复合换能器实际工程应用提供理论参考和频率调试依据。     

夹心式扭转—弯曲复合模式压电超声换能器的研究

在均匀截面细棒扭转及弯曲振动理论的基础上,研究了一种夹心式扭转－弯曲复合模式压电超声换能器。     

低频宽带纵弯换能器设计

本文介绍了一种利用纵向振动和前盖板弯曲振动耦合的宽带换能器设计方法,制作了发送响应带宽在2.8kHz到7kHz的低频宽带换能器。     

压电片位置对功率超声复合换能器共振频率的影响

研究了压电片位置对功率超声复合换能器机械共振频率的影响,给出了在不同情况下二者之间的关系曲线图。为设计和研究不同频率的夹心换能器提供了依据。     

纵弯复合模式直线型超声波电机研究与实验

研究了纵-弯模式直线型超声波电机的驱动机理,设计制作了一台输出大力矩的纵-弯复合模式直线型超声波电机样机,并进行了实验测试,绘制了在一定的预压力、预紧力和驱动电压时候激励频率与速度的关系曲线,在一定的预紧力、预压力和激励频率下驱动电压与速度的关系曲线以及预紧力、激励频率和驱动电压一定情况下预压力与速度的关系曲线,并对实验结果进行了分析。实验结果表明,这种新型结构电机充分体现了超声波电机良好的性能特点,特别是能输出较大的转矩,具有良好的应用前景。     

新型复合结构超声换能器的研制

为提高超声换能器的性能,提出一种新型的复合结构超声换能器,这种结构的超声换能器在同一只换能器中使用两种压电材料--压电陶瓷(PZT)和压电薄膜(PolyyinylideneDifluoride,PVDF),前者用于发射;后者用于接收.应用KLM(Krimholtz,LeedomandMattaei)机电耦合等效电路模型对这种换能器作了理论上的分析,并实际制作了这种复合结构的超声换能器.理论和实验结果均表明,该复合结构的超声换能器具有较小的输入功率损耗和相对较短的回响.     

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。     

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.     

纵振换能器谐振频率的研究分析

为得到纵振换能器不同尺寸参数下的谐振频率,满足超声塑化不同聚合物颗粒的要求,需要分析纵振换能器尺寸参数对谐振频率的影响规律。推导纵振换能器的频率方程,利用Matlab数值求解不同尺寸参数下纵振换能器谐振频率,数值和仿真分析纵振换能器尺寸参数对谐振频率的影响规律,实验验证数值和仿真分析的正确性。研究结果表明：推导纵振换能器频率方程求得谐振频率解析值、仿真值和实验值有较好的一致性,最大误差小于4%,验证了数值分析求得纵振换能器谐振频率的正确性。谐振频率随着纵振换能器尺寸参数的增大减小,变幅杆长度和放大比对谐振频率影响较大。     

纵扭型超声电机的实验研究

为提高纵扭型超声电机工作的稳定性,利用超声电机驱动实验平台和一台直径45mm的纵扭型超声电机,研究了预压力和驱动信号的变化对电机性能的影响。结果显示,预压力、两相驱动信号的幅值、频率和相位差等因素的变化会引起电机定子纵、扭振动相位差的变化,进一步引起电机转速和转矩的变化,使得电机不能稳定工作。通过对这些现象进行分析,认为将纵、扭共振频率调整得尽量一致,并采用调相调速有利于电机稳定工作。     

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。     

复合超声纵振型变幅杆的简化设计

传统设计复合纵振变幅杆的方法是利用各形状函数杆之间的位移和力连续的边界条件，确定方程中的待定系数，导出频率方程，利用各形状函数分界面之间机械阻抗相等的方法设计复合纵振变幅杆，可简化设计，物理意义明显，这种方法也适用于复合扭振变幅杆的设计。     

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．     

超声测距换能器振动系统的理论设计与测试

讨论了采用复合压电振子的测距换能器振动系统的设计方法,推导出在自由边界条件下复合压电振子的频率方程.找出某一特定频率下测距换能器的几何参数,并进行相同尺寸下的测距换能器实验验证.最后得到设计测距换能器振动系统的几何参数.     

功率超声换能器结构与特性分析

本文利用等效线路的方法,分析了夹心式压电换能器负载能力、电声效率等特性与节点位置、陶瓷堆长度和共振频率的关系.结果表明,节点靠近陶瓷,陶瓷堆长度增加和提高共振频率都有利于增强换能器的负载能力.