圆柱体弯曲行波压电超声电机运动机理的研究

论述了圆柱体弯曲行波压电超声电机的运动及动力传递机理 ,对其定子进行了有限元模态分析 ,并针对所选用的工作模态详细推导了定子表面质点的椭圆运动轨迹方程 ,为进一步定量分析该型电机的动力的传递及定子尺寸的优化设计提供了理论依据。     

考虑压电材料非线性特性时旋转式超声电机定子的主共振响应

考虑压电材料非线性本构关系，建立了旋转式超声电机定子的非线性动力学模型，利用解析与数值方法研究超声电机定子的主共振响应，以揭示压电材料非线性本构关系对定子振动特性的影响，为深入研究旋转行波超声电机的动力学机理奠定基础．     

纵扭型压电超声电机的结构优化

对纵扭复合型压电超声电机的结构进行了优化，包括压电陶瓷片的制作和安放位置、纵振位移振幅和扭振线切变位移振幅的放大，并对大直径电机进行了有限元分析，认为定子和转子应按振型设计接触面。     

一种用于旋转调制技术的微型超声电机定子

微型超声电机是实现旋转调制技术在微小型惯导上应用的关键部件,薄膜型MEMS超声电机是微型旋转调制技术的理想载体,然而现有MEMS超声电机存在着纵向稳定性和转速稳定性较差、晃动干扰大的问题,难以满足旋转调制需求。为解决该瓶颈问题,提出了一种基于MEMS制造工艺的工作在B15模态下的行波微型超声电机定子结构,设计悬空式圆环形定子结构,对定子薄膜型锆钛酸铅（PZT）层进行分区激励来获取两相正交驻波,以提高驻波模态频率匹配度;采用边缘引线和边缘支撑方式,以减小引线磨损。所设计定子结构包括半径为3 mm的环形Si基底,20个PZT分区、Pt电极和20根支撑梁;有限元仿真结果表明,该结构能够产生两相几乎对称且相位上相差四分之一波长的驻波,两驻波模态匹配度约100%,并验证了该结构下定子能够形成高质量标准行波,可为旋转调制技术提供稳定的驱动力矩。     

定子表面织构对超声电机性能的影响

针对超声电机摩擦材料磨损严重和温升高的问题，采用在定子表面加工微织构的方法，提高了电机机械特性并降低了摩擦材料磨损. 首先，用显微镜测量超声电机定子表面摩擦材料黏着区域，设计出三种不同密度的凹坑织构，采用激光的方法加工在定子表面；然后，测试超声电机负载特性、效率特性和温升特性并观察定子表面. 结果表明:3-凹坑织构定子电机空载转速最高，相比光滑定子电机高出12.1%，5-凹坑织构定子电机堵转转矩和最大效率最高，分别高于光滑定子电机13.04%和17.1%，同时电机的温升也有所降低. 通过观察定子表面发现，凹坑织构有大幅降低摩擦材料黏着的作用，这种作用可以增加电机接触界面能量转换效率，提高了电机的性能并降低了摩擦材料的磨损.      

基于改进遗传算法主动柔性结构压电元件位置优化

基于改进的遗传算法提出了一种解决多压电片布置在柔性结构上以实现振动主动控制的有效方法.本文采用D优化设计准则,即把Fisher信息矩阵行列式最大值作为目标函数的一种优化方法.通过对结构模态振型和动力特性的研究,使用一种简单的方法将所选择的低阶模态振型转化为归一化形式,最后通过结构模态振型可确定压电片最优位置.为了达到更好的振动控制效果,压电片布置在结构模态应变最大位置处.当在结构不同位置上布置压电片时,结构各阶模态振型也将随之发生不同程度的变化.本文建立了ANSYS软件和遗传算法的接口来实现对结构的模态重分析,从而提取各阶模态振型.     

生物芯片压电微流体泵液-固耦合系统模态分析

对压电微流体泵粘性流体周期流动进行厚度积分平均近似,得到包含粘性的,非线性浅水波动方程,并采用有限元法得到微泵液体压强矩阵方程．液体压强矩阵方程和压电硅片振动有限元方程耦合,得到一个包含微泵进出口扩散管的液-固耦合系统振动方程．液-固耦合系统的模态分析结果表明,做泵液-固耦合系统的自然频率比不耦合的硅片振动自然频率低很多．随着微泵厚度的减少,液体附加质量和粘性阻尼对耦合系统自然频率的影响更加明显．同时发现,对应的压电片振型函数在液-固耦合前后没有明显变化,还给出硅片-阶模态的振幅-频率特征曲线,对薄型无阀压电微流体泵,浅水波模型合理地表达了微泵液体流动和压电硅片振动的相互作用,以及液体附加质量和粘性阻尼对微泵液-固耦合系统动力特征的影响。     

行波型超声电机定子摩擦材料的研制及其摩擦磨损性能研究

针对超声电机的工作特性,以环氧树脂为基体,石墨、三氧化二铝和聚四氟乙烯等为填料,采用粘涂法研制出行波型超声电机定子用摩擦材料,与同种转子摩擦材料进行了对比试验研究.结果表明:所研制的定子摩擦材料在Φ60超声电机中具有良好的机械特性,工作频率明显变宽,半峰宽提高2倍左右,可以提高电机的工作稳定性;随着预压力增加,定子摩擦材料在超声振动条件下的摩擦系数降幅变小,其磨损机制主要为粘着磨损和疲劳磨损.     

智能板振动控制的分布压电单元法

提出了一个用于振动控制的分布压电单元法，该方法中采用将分布压电传感器和致动器分割成若干相互独立的单元的方法，来设计压电模态传感器与压电模态致动器．压电模态传感器所观测的模态坐标和模态速度，可从各传感单元的输出电荷及电流中提取出来；而压电模态致动器则通过调制施加于其上的电压的空间分布来实现．在此基础上对智能板进行了模态控制     

压电陶瓷片在振动试验中的应用

通过压电陶瓷片在平板上进行激振和拾振试验,实测压电陶瓷片的某些性能及其对试件固有频率和振型的影响,获取压电陶瓷片的有关数据,以便对实际机械构件作分离纯模态时选配合理的激励方案。     

Second-order approximation of primary resonance of a disk-type piezoelectric stator for traveling wave vibration

Considering the quadratic nonlinear constitutive relations of piezoelectric materials, a traveling wave dynamic model for a lead zirconate titanate stator of a traveling wave ultrasonic motor is established using Hamilton’s principle and the Rayleigh–Ritz method. Applying the method of multiple scales, the second-order approximation of the primary resonance for traveling wave vibration of the stator is investigated. The second harmonic component is found in the primary response of the stator, which arises from the quadratic stiffness in the condition of weak excitation. In the region of the resonance, the two coupled modals are split and the lower-order peak bends to the left, hence a jump and delay exist in the response. In this way numerical results are given to verify the feasibility of the analytical approach. The results provide a theoretical foundation for further nonlinear dynamic analysis and design of the traveling wave ultrasonic motor.     

摩擦材料应用方式对超声波电机驱动特性的影响

摩擦材料是超声波电机的关键零件,其应用方式直接影响超声波电机的驱动特性.以行波超声波电机为研究对象,将摩擦材料分别应用到转子和定子上,与相应的定子和转子组合,模拟超声波电机的接触方式,研究了超声波电机的负载和磨损特性随摩擦材料应用方式的变化规律.借助于阻抗仪测试了摩擦材料应用到定子齿面前后的阻抗特性,采用精密粗糙度仪和金相显微镜评价了超声波电机定子和转子接触界面磨损前后的形貌变化及其磨损模式.结果表明:当摩擦材料应用到定子齿面时,定子的谐振频率略微降低;当2台超声波电机空载转速相同时,摩擦材料应用到定子齿面与金属转子配副时可获得较大的堵转力矩,定子摩擦材料表面呈现抛光的磨损特征,而当摩擦材料应用到转子表面与金属定子配副时,转子摩擦材料表面呈现较严重的犁沟磨损.     

面内行波超声电机定子表面质点运动轨迹与电机转矩

提出了面内行波超声电机的摩擦模型 ,研究了面内行波超声电机的动力传递机理 ,得出了电机的理想工作点 ,同时将电机的转矩和效率与定子表面质点的法向位移、切向位移及预应力相结合 ,提出为了实现电机大转矩和高效率 ,表面质点的法向位移应与转子接触区域质点的周向运动方向相同 .在满足上述条件的基础上 ,定子表面质点的切向位移和法向位移之比应尽量大 ,最佳比值应在考虑定子和转子之间的预紧力的条件下 ,使得电机工作于最大静摩擦力下 .最后采用有限元计算进行了验证     

超声马达摩擦学及其摩擦材料研究进展

超声马达是一种新型原动机，与普通电磁马达不同，这是一种摩擦驱动马达．为了促进超声马达的发展，对其研究中关于定子与转子界面接触驱动特性和摩擦磨损特性，超声波振动对定子和转子接触界面摩擦学特性的影响，转子摩擦材料的选择及其寿命预测等，从摩擦学角度对国内外的研究进展进行了综合归纳与评述，并且针对超声马达摩擦驱动的特点，提出了当前值得重视的一些研究内容．     

杆状弯曲行波型超声电机运动机理研究

为了深入研究杆状弯曲行波型超声电机的运动机理，本文分析了定子表面质点椭圆运动轨迹的形成，并将椭圆运动分解为产生驱动力的有效椭圆运动与使定、转子产生径向滑动的径向直线运动；然后基于有效椭圆运动变化情况，分析了在两相振幅不平衡和任意相位差情况下对转子运动平稳性的影响，为这类电机的设计和性能控制提供理论依据。     

A note on the contact problem in an ultrasonic travelling wave motor

In this paper we discuss the non-linear contact problem between the stator and the rotor of an ultrasonic travelling were motor. For a first simplified mathematical model the problem is formulated for a linear motor in which the stator is modelled as a Bernoulli-Euler beam and the slider (rotor) is assumed to be rigid. A thin layer of visco-elastic material is assumed to exist between stator and slider. Expressions are obtained for the contact pressure between the two parts. The frictional forces both in the sticking and in the sliding zone can then be easily obtained assuming Coulomb friction.