薄型超声电机与定子振动模态的激发

论述了薄型超声电机的工作机理。分析了电机压电片的布置与激励信号的关系，探讨了定子弯曲模态的激发问题。设计并制作了一种新的薄型超声电机。电机转子安装在圆环定子内，能够显著减小电机厚度，电机定子采用双压电片结构，可以避免激发出定子的非轴称模态。完成了电机运转实验，电机运转平稳。     

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     

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.      

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.     

空间管路振动频率计算的精确传递矩阵法

考虑了流体定常压力和流速，建立了空间管系振动及声传播的传递矩阵法。该方法可计算空间管系的频率、模态及动力响应。用该方法对典型耐压管路频率计算与解析解对比表明该方法是正确的。     

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．     

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.     

机翼双梁模型的动力学修正及应用

由于全尺寸机翼有限元模型太过复杂，不能用于大型客机翼吊发动机振动载荷的传递特性研究，本文提出了一个全新的机翼双梁动力学模型概念。基于机翼双梁模型的主要模态对其结构刚度不确定参数的灵敏度分析，选取翼梁及翼肋的水平、垂直、扭转刚度参数作为有效设计变量对双梁模型进行了动力学修正，使其与全尺寸机翼有限元参考模型前6阶模态频率的最大误差小于11.11%，大大提升了机翼双梁模型的动力符合性；集成建立了大型客机“吊架-机翼-机身”全机动力有限元模型，并计算了巡航状态下发动机振动载荷经机翼传递到机身各框段的动载荷分布特性。分析结果表明：机翼双梁模型较好地满足了发动机振动载荷传递及振动传递路径分析研究需求，为民机舱内声学预计及发动机隔振安装设计提供了基础数据。     

爆炸荷载作用下多排钢管结构的大变形响应

采用八塑性铰变形模态,对爆炸荷载作用下多排钢管的压扁运动场进行了描述。基于虚速度原理,建立了多排钢管动力压扁模态解方程。由拉格朗日第二类方程确立初始条件,用差分法求解出各层钢管结构的传递荷载和压扁量大变形响应。计及应变率效应和材料硬化效应,计算值与试验结果相符。结果表明,采用模态法求解多排钢管的大变形动响应是可行的。     

常规螺杆泵定子有限元分析

螺杆泵定子橡胶不仅是易损构件，而且它与转子的配合状况对螺杆泵的工作性能影响显著。目前，还没有能够直接对实际工况下的定子橡胶的变形和受力状态进行测试的有效手段，因此对螺杆泵定子进行有限元分析自然是有益的尝试。重点研究定子橡胶衬垫内轮廓线的变形规律，而应力和应变分布情况仅作为辅助性的分析；对螺杆泵工况的考虑方面，重点研究均匀内压作用的情况，再考虑工作压差以及定子与转子的装配等所引起定子橡胶的变形和受力的变化。利用有限元分析软件Abaqus，对螺杆泵定子进行研究，得出了螺杆泵定子在不同工况下的受力状态和变形规律以及定子材料参数对变形规律的影响。利用此规律可对螺杆泵进行优化设计，提高其工作效率。     

Mechanical seals with oscillating stator

This paper presents theoretical analyses and experimental investigations of a mechanical seal subjected to axial impulses of one of its mating rings (stator). The amplitude of oscillations of stator depends on the pressure of sealed fluid. The frequency of oscillations is influenced by the geometry of frontal faces of the seal rings and depends on the rotational speed of rotor. The analytical models include the analyses of the static equilibrium of the investigated mechanical seal and the dynamic response of stator. The experimental analysis implies the conception of the testing system, the experimental estimation of the leakage and the measurements of amplitude and frequency of oscillations. During operating time, the experimental variations of leakage of a mechanical seal with oscillating stator are monitored for different rotational speed of rotor. Finite element analysis is used to visualize the stress distribution of stator as a function of the applied forces.     

基于热老化实验的螺杆马达定子橡胶本构模型研究

随着我国油气资源勘探开发向深部地层迈进,螺杆钻具定子橡胶井下高温热老化问题日益凸显,导致螺杆钻具输出性能衰减,严重影响钻进效率,迫切需要揭示热老化对螺杆钻具定子橡胶力学性能的影响,以在设计之初提出可减小螺杆钻具输出性能衰退的综合方案。本文开展了螺杆马达定子橡胶在不同温度下的热老化实验,通过拉伸实验得出应力应变数据并拟合出Mooney-Rivlin模型常数和Yeoh模型常数;再对所得实验数据及所求得的模型常数数据进行分析;最后,使用确定了基本常数的模型开展了数值计算。计算结果表明,随着温度的上升,Mooney-Rivlin模型常数C_1增大、C_2减小,C_1和C_2呈明显相反变化的趋势,Yeoh模型常数C_(10)和C_(20)增大,C_(30)减小;通过模型计算结果与室内实验测定结果的对比,证明了Mooney-Rivlin模型较Yeoh模型更适合于螺杆马达定子橡胶的力学分析。不考虑环境温度热老化和考虑环境温度热老化,螺杆钻具定子衬套的计算结果存在很大差别,研究工作不仅证明了螺杆钻具定子橡胶热老化研究的必要性,更为螺杆钻具定子橡胶的线型设计和过盈量选取提供了参考。     

磁悬浮灌封胶新配方的研制

针对经高低温循环处理后定子磁芯材料齿根处开裂的技术难题,开展径向悬浮定子组件灌封胶新配方的研制攻关。根据径向悬浮定子组件的结构特点,要求灌封胶既具有良好的韧性,能耐高低温冲击,又要求具有刚性,保证加工精度的要求,这本身就是一对矛盾,是解决问题的关键和难点所在。通过工艺试验,提高环氧树脂灌封胶的综合性能,自主研制出灌封胶新配方,有效解决了定子磁芯高低温处理后自身开裂的问题。现新配方已成功地应用于实际批量生产中,对近二年所有批次采用新配方灌封的径向悬浮定子组件进行全面质量跟踪、计量检测和数据统计,产品的成活率由以前的25%～35%提高到90%以上,有效解决了磁悬浮的生产瓶颈问题,为我所科研生产提供了有效的技术保障。     

转子/定子碰摩响应的全局动力学特性研究

在不考虑自重的转子系统全局碰摩动力响应特性的解析分析基础上,应用数值分析方法,研究了考虑自重的转子系统的全局碰摩动力响应特性。通过大量的数值计算得到了不同参数平面内、不同碰摩响应的稳定区域图。研究表明重力引起的静变形与偏心距之比是决定转子的碰摩响应的变化大小的重要参数,比值越大,转子碰摩响应较不考虑自重的转子碰摩响应的变化越大,会出现多种复杂的响应和共存现象。本研究有助于认清系统参数相互作用对出现不同碰摩响应序列的影响。     

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.     

Laser–doppler–velocimetry measurements in a one and a half stage transonic test turbine with different angular stator–stator positions

A one and a half stage transonic turbine was tested using a two component laser–doppler–velocimetry system. The measurements were carried out in order to record rotor phase resolved velocity, flow angle and turbulence distributions upstream and downstream of the second stator row at several different angular stator–stator positions (“clocking” positions). Altogether, the measurements downstream of the second stator were performed for ten different clocking positions and upstream of the second stator for two different clocking positions. These different clocking positions have a significant influence on the flow field upstream and downstream of the second stator. Furthermore error estimation and a discussion of the tracer particle response are discussed.     

Interactions of a propeller with a stator-induced circumferentially varying flow

The interactions of a circumferentially varying stator cascade and a downstream fixed pitch propeller were investigated experimentally. The global performance of the components and the coupled system were systematically investigated through force and moment measurements on the propulsor model in a water tunnel. In addition, the wake of the cyclic stator cascade with and without the propeller was investigated downstream from a propulsor model using the Stereoscopic PIV technique. A cyclic distribution of the stators’ deflections resulted in non-axisymmetric distributions of the flow field downstream of the stator array. The stator distribution alone produced a significant side force that increased linearly with stator pitch amplitude. When a propeller was incorporated downstream from the cyclic cascade, the side force from the stator cascade was reduced, but a small normal force and pitching moment were created. The generation of these secondary forces and moments can be related to the redistribution of the tangential flow from the cyclic cascade into the axial direction by the retreating and advancing blade states of the fixed pitch propeller.