弯曲旋转超声电机接触界面锥形角的分析与实验

要提高弯曲旋转超声电机电能转换为机械能的效率,就必须尽量减小其定子与转子之间的相对滑移。并且要使马达定转子之间的摩擦接触界面与接触点的振动轨迹相垂直。先论证了一种数学方法去推算这种弯曲旋转超声电机接触界面的锥角计算公式。然后以压电管超声电机为例,研制了一些外径5mm、内径4mm、长15mm但接触界面锥角不同的样机,通过实验证明马达定转子之间的摩擦接触界面与接触点的振动轨迹相垂直时马达转动效果最好。计算结果与实验结果非常吻合,证明了锥角计算公式的正确性。     

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.     

纵扭复合型超声波电机的特性研究

纵扭复合型超声波电机是最典型的低速大力矩电机,其系统模型等尚有不少问题值得探讨,特别是摩擦面的力传递模型,直接涉及这种电机的特性。结合研制的纵扭复合型超声波电机样机,从理论和实验上分析研究了各种因素对机械特性的影响,并对电机接触面的转换效率进行了分析计算,指出了这种电机效率偏低的缘由。另外实验验证了这种电机具有工作频域较宽的特性。     

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。     

1mm压电柱式超声微电机的研制

介绍了一种超声波微电机的设计研制工作。这种基于压电柱弯曲振动模态的超声波微电机,其直径仅有1 mm细,长约5 mm,重量仅有36 mg。它是采用压电柱作为定子,在压电柱的表面均匀分割出四个电极,进行极化和施加驱动电压。详细介绍了极化方式的选择,电极间隔的优化设计以及对原型样机的性能测试。实验表明,该电机能承受350Vpp的驱动电压,获得1800 rpm的转速和4 μNm的堵转力炬。此外,这种电机具有明显的微型化优势,根据现有工艺还可使电机直径减小到0.5 mm左右。     

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%.     

换能器式直线超声马达及其实验测试

提出了一种新型换能器式直线超声波马达．该马达具有结构和驱动简单、可方便地实现正反向运动等优点。实验样机的性能参数如下：共振频率２１．４６ ｋＨｚ,预紧力 ３．２ Ｎ下对应的最大速度 ４００ ｍｍ／ｓ,预紧力 １．６Ｎ时对应最大推力为 ２．１Ｎ。研究中利用仿真软件ＭＡＴＬＡＢ计算出质点的几种典型运动轨迹,并从理论与实验两方面分析了两路电信号相移的变化以及两相换能器振动幅值的变化对椭圆运动行为及输出特性的影响。     

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。     

大孔径光学反射镜球铰支撑方式尺寸稳定性分析

采用球铰支撑可以极大地提高大孔径反射镜工作的可靠性,但必须对这种支撑方式进行合理的稳定性分析。球铰支撑方式的有限元分析必须围绕其支撑方式所具有的严格而又明显的接触特性、顶丝预紧力作用、具有相对滑动趋势而产生的摩擦这三大基本特征展开。应用传统的线性有限元分析手段对大孔径反射镜球铰方式支撑的尺寸稳定性分析具有较大的局限性。为提高分析精度,采用了非线性分析方法,最大程度地模拟实际结构,并将罚函数的摩擦形式引进到了摩擦接触对中,并对其进行了实际模型的解算,使得分析结果更加精确,并依据分析结果,对预紧力进行了合理地选取,使反射镜在一定的工作环境下能够稳定地工作,满足系统成像的需要。     

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。