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。     

立式电机模态仿真与实验研究

振动是电机的重要性能指标。本文在MSC.NASTRAN仿真环境下,利用有限元方法对立式电机进行了电机整机的模态仿真,得到了整机的前五阶固有振动频率、振型等参数值。根据仿真结果,分析了整机的危险位置和振型。进行了电机模态试验,验证虚拟样机和数值模拟的有效性。结果表明,系统不会发生共振。最后,在力学分析的基础上对结构进行优化,为立式电机的改进和振动测试提供了参考。     

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.     

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     

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。     

单相旋转型驻波超声电机的数学模型及仿真

尽管单相驱动的旋转型驻波超声电机的原理样机早巳研制成功，但对这类电机的运动机理的研究却一直局限在定性分析上。本文将从能量角度，根据Hamilton变分原理，定、转子摩擦界面采用纯滑动模型建立了该种电机的数学模型；并根据此模型，用MATLAB语言作了计算机仿真，得到了该种电机的开、关过程动态响应。     

人体振动模态的实验研究

本文介绍人体振动研究的一些问题，作了人体动力学模型分析，论述坐姿人体振动试验及模态分析，给出人体一些部位的频响函数和人体前三阶模态参数，对人体振动特性有进一步了解，对人体振动防护的研究工作是有益的．     

亏损系统振动模态的可控可观性

利用奇异值分解方法来讨论系统广义模态的可控可观性的量度问题,得到了亏损系统广义模态可控可观性的量度指标,同时用实例说明了本文方法是有效的。     

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。     

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。     

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.     

纵扭复合型超声电机预压力和输出扭矩的关系

建立了纵扭复合型超声电机定子和转子之间的接触模型,根据模型讨论了预压力、纵振激振电压、扭振激振电压、摩擦力及电机能提供的最大扭矩之间的关系。指出在一定的条件下,施加某一预压力时电机的输出扭矩最大。所得计算结果和实验结果基本吻合。     

超声马达转子摩擦材料磨损特性研究

利用MPX－200型销－盘摩擦磨损试验机和自制的超声马达摩擦特性模拟试验台,考察了摩擦材料在普通滑动试验和超声马达试验条件下的磨损性能,研究了接触预压紧力和负载力矩对转子摩擦材料磨损状态的影响,并借助于扫描电子显微镜和光学显微镜对摩擦材料磨损机理进行分析,指出可用绝对转差率Sf描述超声马达定子和转子相对滑动摩擦磨损程度。结果表明,摩擦材料在超声马达试验条件下的磨损状态与普通滑动试验条件下的不同,普通滑动试验时摩擦材料磨损表面形成了层状覆盖膜,而超声马达转子摩擦材料磨损表面无覆盖膜,其表面呈现犁沟磨损和疲劳剥层磨损特征,这种磨损特征随预压紧力和负载力矩变化而变化,与绝对转差率Sf有关,且存在2个临界转变区。     

基于行波型超声马达的超声波振动减摩试验研究

提出了行波型超声马达振动减摩的几何模型,采用电磁电机驱动、电磁电机结合一路驻波振动驱动及行波型超声马达驱动3种驱动方式模拟行波型超声马达摩擦驱动特点,借助超声马达摩擦特性模拟试验装置,引入摩擦系数降低率的概念,研究了电机转速、预压力、超声波激励电压和摩擦材料等对定、转子摩擦副摩擦系数的影响.结果表明:在较高相对滑动速度、小预压力及大振幅条件下,超声波振动减摩现象显著.     

超声马达梯度涂层摩擦材料研究

超声马达摩擦材料应同时具有良好的摩擦学特性和一定的接触变形要求,目前所用单一均质结构摩擦材料较难满足这一要求,需要研制新型摩擦材料.本文从摩擦学的减摩结构模型反推出一种增摩结构模型,针对超声马达对摩擦材料的要求,提出梯度涂层摩擦材料的设计思想,采用表面黏涂法研制了一种具有梯度结构的涂层摩擦材料.利用超声马达模拟试验装置考察了涂层厚度对超声马达性能的影响,初步验证了模型的正确性.在本文的试验条件下,当涂层材料表层厚度为1mm,底层厚度为0.7mm左右时,超声马达具有较好的性能.与其它种类的摩擦材料相比较,梯度涂层摩擦材料可以满足超声马达的使用要求,可望提升超声马达的性能,具有良好的发展前景.