基于电接触法的行波超声电机接触特性研究

电接触法是测试超声电机定转子接触状态的有效方法,但目前该方法主要用来研究电机堵转时的定转子接触状态,没有进行电机旋转时的接触状态的测试。针对该问题,对电接触法进行改进,使之可以测试电机旋转时的接触状态。基于改进后的电接触法分别对超声电机堵转和空载情况下定转子相对接触长度进行测试。结果表明,空载时定转子相对接触长度要小的多,与堵转时的最大差值约为36%。说明负载对超声电机接触状态有不可忽视的影响。最后,基于黏弹性接触模型对电机空载时定转子接触状态进行仿真计算,结果与实验值有很好的一致性,表明改进后的电接触法可有效的测试电机动态接触状态。     

基于电接触法的行波超声电机接触特性研究

电接触法是测试超声电机定转子接触状态的有效方法,但目前该方法主要用来研究电机堵转时的定转子接触状态,没有进行电机旋转时的接触状态的测试。针对该问题,对电接触法进行改进,使之可以测试电机旋转时的接触状态。基于改进后的电接触法分别对超声电机堵转和空载情况下定转子相对接触长度进行测试。结果表明,空载时定转子相对接触长度要小的多,与堵转时的最大差值约为36%。说明负载对超声电机接触状态有不可忽视的影响。最后,基于黏弹性接触模型对电机空载时定转子接触状态进行仿真计算,结果与实验值有很好的一致性,表明改进后的电接触法可有效的测试电机动态接触状态。      

压电超声马达的摩擦和噪声

对一种基于弯曲振动模式压电超声马达中的突出问题──摩擦、噪声及其对马达性能的影响进行了研究．考察了马达转子摩擦材料、转子与定子之间的压力、工作频率、电路匹配等因素对马达运转噪声、转速力矩输出和运转平稳性等的影响．实验结果揭示,马达运转噪声除了与摩擦材料有密切关系外,还与其它诸多因素有关．实验中还发现,改变定子与转子之间的压力,不仅马达噪声大小会发生变化,而且噪声的主频成分也会改变．     

行波超声马达定子和转子接触状态实验研究

提出了一种直接测量行波超声马达定子和转子接触状态的方法—电接触法。利用这种方法研究了接触预压力和定子激励电压(定子振幅)对定子和转子接触状态的影响。借助于自制的超声马达摩擦特性模拟实验装置,测量了超声马达堵转力矩和空载转速随接触预压力和定子激励电压的变化。提出用相对接触长度描述定子和转子的接触特性,建市了超声马达特性与定子和转子相对接触长度的联系。此外,还利用现有的行波超声马达定子和转子接触理论模型,计算了给定工作条件下接触区长度,并与实验结果进行了比较。研究结果可为行波超声马达的设计提供理论指导。     

压电管式弯曲旋转超声电机激励模式研究

为了提高压电管式弯曲旋转超声电机输出特性,推导出定子一、二阶弯曲振动下力系数的计算公式。结果表明,利用定子二阶弯曲振动可获得更大的定子端面输出力。提出了一种将定子分为8个激振区的交叉组合激励模式,可实现定子的二阶弯曲振动激励。基于这种新的激励模式,研制了一台压电管式弯曲旋转超声电机的样机,该样机的定子外径10 mm、内径8 mm、长35 mm。在预压力1.0 N,激励电压峰峰值210 V,工作频率41.3 kHz时,实现了定子的二阶弯曲振动,样机的堵转转矩达到2.45 N·mm,空载转速为206 r/min。与将定子分为4个激振区的同尺寸的超声电机相比,堵转转矩和空载转速分别提高了17%和23%。      

超声驱动的超声波振动减摩作用研究

借助于动力学原理,对超声驱动中的垂直超声波振动的减摩作用进行了理论研究。将超声电机定子和转子接触区定子表面一点的超声波振动分解成水平振动和垂直振动,并分析了两个方向振动对超声电机驱动作用的影响。提出水平振动产生摩擦驱动力,垂直振动影响水平驱动的效果,将垂直方向超声波振动的作用等效为普通滑动试验中垂直于滑动方向超声波振动的作用,揭示了垂直方向超声波振动是导致超声驱动动摩擦系数降低的原因。试验结果与理论分析定性地一致。     

纵向振动超声马达的力学模型

提出并建立了一个纵向振动超声马达的力学模型。阐述了超声马达的工作机理,对定子和转子在间断接触时的粘连和滑动做了理论分析,给出了马达的驱动力随时间连续变化的解析表达式。对超声马达的速度、输入输出能量和效率等进行了分析,特别讨论了驱动频率、初始压力、转子的转动惯量和外加力矩对马达特性的影响。数值结果表明,按照本文模型得到的结论与模拟结果和实验结果相吻合。这些结论与结果为超声马达的构造、设计和控制等提供了可资参考的理论依据。     

柱状弯曲超声波电机的定转子接触方式和力传递模型

柱状弯曲超声波电机在相机的镜头调焦、电动窗帘以及各种MEMS的微驱动等领域具有广泛的应用前景。本文针对柱状弯曲超声波电机,理论和实验提示了定、转子的单点和双点接触方式,提出了临界预紧力概念,给出了这两种方式下的定、转子间的力接触传递关系,进而给出了电机的机械特性和工作效率计算式,结合研制的电机样机进行分析,验证了本模型的准确性,并分析了电机性能与预紧力的关系。研制的φ14 mm的电机样机,实现堵转转矩达0.11 Nm,空转转速为300 r/min左右。     

纵扭复合型超声波电机纵振动数学模型

建立了纵扭复合型超声波电机的纵振动数学模型,通过仿真分析得到了电机的各种纵振动过程。仿真结果表明:只有摩擦材料参数和电机预压力选择合适,保证定转子在一个振动周期内接触、分离,并得到合适的接触角,从而实现电机的纵扭同频振动,电机才会有稳定的输出转矩和较高的效率。此外,该模型还从理论上证实了简化力传递模型中转子不动假设的合理性。      

超声马达振动片的理论与设计

本文从理论上分析了模式转换型超声马达振动片的振动理论，振动片顶端力的关系；推导出了振动片的弯曲振动对瞬态摩擦力的响应；讨论了振动片的频率漂移及其宽度和转子直径之间关系等问题，并给出了该振动片的具体设计方法。     

环形行波式超声马达解析模型的仿真与实验研究

在假定超声马达的定子为圆板,定子与转子的接触符合刚体与分布弹簧模型的条件下,通过理论分析,建立超声马达输出特性的解析模型,并完成其仿真和实验研究。仿真和实验结果基本吻合,证明了该模型的有效性。     

超声马达定子齿运动模型的建立

超声波马达作为一种新型的小马力电机已引起科研人员的极大关注．本文中,作者利用解析法建立了行波型超声波马达定于齿的运动学模型,这对进一步研究转子与定子间的接触模型是至关重要的．同时,我们采用有限元法研究了马达在各阶振动模式下接触点位移、马达共振频率与齿高的变化规律,发现齿高在从３ｍｍ到９ｍｍ的区间变化时,对接触点圆周方向的位移影响较大,特别是在高阶（９,０）振动模式下,而径向位移在齿高６ｍｍ左右时基本趋于饱和。我们依据齿的运动数学模型研制出一种新型的三维接触式超声波马达．     

超声振动对摩擦力的影响

超声振动的应用十分广泛,关于超声振动对摩擦力的影响这个问题,已引起国内外许多学者的注意。本文对其进行了实验和理论研究。在超声振动条件下,以理论计算为基础,通过摩擦实验,得到了几种材料的超声振动摩擦特性,并且对摩擦力在共振时减小的原因进行了初步的理论分析。此外,由实验证明,碳化钨与４５＃钢组成的摩擦副是用于超声马达的理想材料。     

一种新型的圆筒非接触超声马达

提出了一种新型的圆筒非接触超声马达．该马达主要工作在驻波状态下,且仅需单路信号激励。文中给出了马达定子的振动解析,并依此设计定子。当马达稳定转动时,采用激光测振仪测得了马达定子的振动模态。实验表明,单路信号激励下同样可以实现非接触驱动。此外还采用高速摄像机拍摄了马达的起动特性。     

弯纵复合超声直线马达的研究

本文研究了一种利用一阶纵振动和二阶弯曲振动的弯纵直线超声马达，采用加粗两端金属块的方法达到频率简并。实验测量得出一阶纵振动为36．6kHz，二阶弯曲振动频率为37．3kHz。利用该马达设计研制了一套驱动装置，经实验测得，当马达的预压力14．3N时，该装置无承载且无负载速度大于6cm／s；该装置承载196N的重物且负载l-2kgf时，仍能正常运行。     

驱动马达与轨道之间纳米摩擦的随机动力学研究

研究了驱动马达与轨道之间纳米摩擦的微观机制.通过基于克拉默斯(Kramers)理论的"键断裂"模型,得到了驱动马达与轨道之间纳米摩擦与马达行走速度之间关系.研究表明我们的理论结果与实验吻合.     

垂直下降管内两相流摩擦压降计算关联式评价

对内径范围为15 mm到65 mm的垂直下降管内的空气-水两相流的摩擦压降进行了实验研究。实验在常温下进行,实验压力为0.168~0.278 MPa,液相与气相的折算速度分别为0.127~2.349 m·s~(-1)和0.013~15.401 m·s~(-1),得到了1112个不同工况条件下的垂直下降管内两相流摩擦压降的实验数据点,并以本次实验数据为基础对现有文献中的两相流摩擦压降计算关联式进行了评价。研究发现:现有两相流摩擦压降关联式对本实验条件下的垂直下降管内两相流摩擦压降的计算精度随管径的增加而降低,且在弹状流与搅拌流条件下的计算值远小于实验值。     

响应面法的杆式超声电机有限元模型修正

现有杆式超声电机的有限元模型大都采用连续复合材料的简化结构形式,忽略了实际超声电机各部件间的接触特性,导致计算结果与实验结果具有较大偏差。针对该问题,提出了一种采用响应面法的杆式超声电机有限元模型修正方法,来获得高精度的有限元模型。该方法考虑了超声电机螺栓预紧力及各部件接触界面的法向接触刚度和摩擦系数,筛选出显著影响电机工作模态的参数,建立响应面模型替代超声电机的有限元模型实现快速计算结构响应的目的,并以实验模态分析结果为目标对模型进行修正。修正结果表明,修正后的模型模态频率的平均误差由修正前的1.20%降到0.21%,模型精度得到明显改善,表明以响应面的有限元模型修正方法对杆式超声电机以及类似夹心式压电振子的设计具有应用价值。      

由瞬态响应的测量来估算超声马达的负载特性

为测量超声马达的一些特性,如最大力矩、负载特性(即力矩-速度特性)、转子和定子接触面上的摩擦系数等,本文提出一种由瞬态响应来估算的方法,由接通电源时马达转速阶跃响应的上开曲线可算出其负载特性,而由切断电源时的下降曲线得出接触面的摩擦系数。本方法测量时间快,故不受因温升导致的共振频率漂移等一些问题的困扰。对一混合换能器型旋转马达得到的负载特性与用拉重法所得结果符合很好。对一行波直线马达则考察了摩擦材料的杨氏模量和摩擦系数等参数对马达性能的影响。     

粗糙接触界面超声非线性效应的概率模型

提出描述粗糙接触界面超声非线性效应的概率模型,利用分段均匀概率函数描述粗糙接触界面劲度系数变化,结合表面粗糙峰的几何分布特征,得到界面粗糙度和两侧表面相对运动对声波的非线性调制作用。实验观测了铝合金材料的粗糙接触界面的高次谐波现象和阈值现象,进一步分析了归一化非线性参数与界面加载压力、粗糙度之间的关系。实验测量结果与概率模型的理论预测一致,证明了该模型的正确性,为利用超声非线性效应评价粗糙接触界面提供了理论依据。