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。     

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。     

板状行波马达简化电学模型的建立

提出一种利用具有等同振动特性的１／２波长马达定子来建立圆板型行波超声马达电学模型的方法，该方法结合马达定子复合板振动模式的特点，直接利用哈密顿原理对行波型马达定子的等效电路进行精确求解。模型反映了行波马达形成机理，同时计入了马达高阶非轴对称振动模式、齿的结构尺寸、压电陶瓷各向异性等要素。利用该方法可求解行波型马达在各阶常用振动模式下的静态电容、动态电容、动态电感、动态电阻、等效输入阻抗等电学参数，与实验测试达到了很好的一致性。     

高分辨特性压电行波旋转马达研究

本文对一种压电行波型旋转超声马达进行了理论与实验研究。采用有限元方法对行波马达驱动定子的各阶振动模式、谐振频率进行了分析；研制的行波马达具有以下特点：低转速（0－50r．p．m）、较大力矩输出（0~1．9kgf．cm）、自锁功能、高的角分辨率和定位精度（±0.15°）。     

行波型超声电机定子的共振与反共振特性的研究

针对行波型超声电机定子在共振和反共振点附近表现的不同特性,以压电陶瓷材料大功率驱动下的理论分析和电学分析为基础,通过对实验现象的描述和分析,确立了以频率、机械谐振品质因数、机电耦合系数和相对振动效果等参数作为定量和定性分析定子共振和反共振的性能指标。在实验研究中,以激光测振为直接实验手段,设计了相关实施方案,对行波型超声电机定子在不同驱动方式下表现出的共振和反共振特性进行了分析和对比研究。研究结果表明,行波型超声电机定子在反共振点附近的综合性能要优于共振点附近的性能,实验结果可为行波型超声电机工作状态以及驱动方式的选择提供依据和指导。     

圆板型压电行波马达及振动解析

依据克希霍夫薄板四点假设建立求解圆板状行波马达定子特征频率参数及其主振型的线性方程组,采用Ｍａｔｌａｂ５．２工程分析与数值计算软件,利用行列式搜索算法精确求解了定子复合板内、外径比分别为０．１、０．３、０．３５、０．６,对应不同振动模式时的特征频率因子及其主振型,并进一步利用牛顿插值法详细解析了马达定子在各阶振动模式下横向幅值的分布以及板面能量的分布情况,为马达定子的优化设计提供了理论依据,并根据数值分析结果总结出超声马达振动模式的选用原则．     

发展中的超声马达

本文简介超声马达的原理、分类和发展状况,并简要地概述几种典型超声马达的结构特点和应用。由驻波马达、行波马达发展到目前利用复合振子的混合型马达,显示出对超声马达的研究正不断深入,并潜在着广阔的应用前景。     

超声振子箝位压电直线微动马达研究

本文提出一种利用环形三叠片超声振子箝位的压电直线微动马达.这种马达的箝位振子与导轴形成摩擦付。振子共振时其动摩擦系数与静摩擦系数之比降为～0.1。箝位振子的激励电压仅为±80V(峰峰值).马达速度为0—2mm/min;位移分辨率为50nm;驱动力约0.2kgf.这种马达还具有工艺简单的特点.     

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．     

超声马达中夹紧压电环的非轴对称振动

应用环形压电板振子的超声马达具有厚度小的优点,能满足很多工程上的要求。其工作原理和其他类型的超声马达一样,也是通过摩擦力把振子表面质点的椭圆运动变换为转子的运动。因此,为要开发出性能优良的超声马达,必须清楚了解作为超声马达定子的环形板的振动特征。过去对环形板或圆盘的分析均仅考虑自由振动的情形,本文则分析了在环的内缘或外缘夹紧的情况下,环形压电板的非轴对称振动。内容包括振动时的位移分布图样,自由边缘上质点的椭圆运动,表面上感应电荷的分布及机电耦合因数等。还进行了数字计算,并从应用于超声马达的角度出发,对几种不同的振动模式作了评估。     

亚音轴流压气机转子转速对叶尖区非定常流的影响

为了探究不同转速对某亚音轴流压气机叶尖泄漏流非定常性的影响,采用动态压力测量技术获得不同转速机匣壁处压力信号。试验测量表明,在近失速工况压力信号的频谱出现表征旋转不稳定性的特征频率驼峰。其驼峰峰值处频率随转速的提高相对减小。在此基础,分别进行不同转速的多通道数值模拟。数值模拟中,叶尖区的静压监测信号频谱与试验具有一致性,转子叶尖存在逆转子传播的周向行波。该周向行波对应了试验中的旋转不稳定现象。进一步的数值模拟流场分析表明,该周向行波在53%设计转速时是源于叶顶泄漏流自我维持的非定常性。在71%设计转速时,在某些时刻泄漏涡发生破碎并参与到周向行波的形成过程。     

一种驻波型超声马达的研究

研制出一种以长条片关压电陶瓷振子作煊子的驻波型超声马达，该马达具有整体结构简单，易于制作与调整、驱动电路合理、运行稳定的特点；由实验研究，测出了其主要性能参数，利用该马达已开发出特性优异的超声步进马达及时钟模型，小型走纸机。     

压电驻波旋转马达研究

本文对一种以压电陶瓷为动力元件的驻波型超声马达进行了理论和实验研究．提出了一种结构改进型的纵-扭模式转换耦合器，并采用有限元方法分析了它的振动模式；采用机电等效网络方法，导出了马达驱动定子的频率方程。研制的定于直径32mm的结构改进型压电驻波马达，其无载最大转速为430r．p．m，比改进前提高了3－4倍，马达最大力矩输出为6kgf．cm，最大能量转换效率为17％。     

声表面波驱动的非接触式转动马达

在研究摩擦力驱动的接触式转动马达的基础上,本文研制了一种由声表面波驱动的非接触式转动马达。这种马达的定子选用128°YX-LiNbO₃晶体,在晶体表面光刻两对叉指换能器,由叉指换能器在定子表面激发两列平行而反向传播的声表面波。定子表面铺一层流体,转子就浮在流体表面。当定子表面有两列平行而反向的声表面波传播时,流体层中就会产生平行而反向的声流,这种黏性流体的声流运动就会驱动转子运动。实验上测定了马达的角速度随驱动电压、流体层厚度以及流体运动黏性系数变化的结果。同时,我们也发现,在相同工作频率下,非接触式转动马达的阈值电压远小于接触式。     

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。     

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。     

返波型行波电子直线加速结构的理论研究

比较了行波与驻波两种工作方式以及前向波与返波型行波的不同特点;研究了返波型行波电子直线加速结构的工作特性;并针对返波型行波电子直线加速结构的特点,进行工作模式的选择;对工作频率为2856MHz,3π/4模的返波加速结构进行了优化设计;研究了带聚束段的返波型行波加速管的纵向与横向粒子动力学问题;为海关大型集装箱在线检测用加速器设计了一根9MeV返波型行波加速管,并与采用盘荷波导结构的加速管进行了对比.研究结果表明,返波型行波电子直线加速结构具有一定的优势,它把鼻锥型加速结构分流阻抗高及盘荷波导行波工作方式填充时间短,工作稳定性好等优点结合起来,性能明显优越.     

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．     

超声马达

本文简要介绍超声马达的工作原理和特点，及其发展现状和应用前景，指出为提高超声马达所需要研究和解决的问题，介绍了按定子振动激发方法的分类方法，例举几种研究较多的超声马达，并说明其各自的特点。     

摩擦微观能量耗散机理的复合振子模型研究

提出无磨损界面摩擦微观能量耗散机理的复合振子模型，指出滑动摩擦过程同时存在整体做低频弹性振动的宏观振子和界面原子受激励产生热振动的微观振子，并在此基础上分析了宏观振子和微观振子对摩擦能量耗散的不同影响. 通过对界面原子的动力学分析，指出摩擦过程界面激励力的频率是能量转换的关键:在平衡力作用阶段，界面作用力的频率趋于零，因而可以直接作用到每个原子，力的作用效果是整体和均匀的；在失稳跳跃阶段,由于界面激励力的频率极高，造成摩擦界面原子获得的能量分布很不均匀，从而产生不可逆的能量耗散过程. 与目前通用的独立振子模型比较，复合振子模型能够更准确描述摩擦能量耗散过程，可为摩擦控制提供理论指导. 关键词： 摩擦 能量耗散机理 复合振子模型 独立振子模型