模态叠加法在压电复合结构分析中的应用

结构动力有限元模型的维数会影响动力响应分析的计算效率.针对ANSYS提供的模态叠加法不能施加位移载荷的问题,该文介绍了一种压电复合结构分析法.在用ANSYS软件进行静态电学分析、模态分析的基础上,从能量分析的角度,间接提取特定的模态参数和相应等效电路模型的电学参数,并由此得到结构的频率响应特性.以超声电机定子为例进行了计算,并与ANSYS完整法谐响应分析的结果进行了对比.     

一种新型模态转换压电钻

提出了一种新型模态转换压电钻.该压电钻将钻头斜向安装在定子基体上,形成一个纵弯模态转换器.利用压电陶瓷的逆压电效应使定子基体产生纵向振动并通过纵弯模态转换器将该纵向振动转换成钻头部分的局部弯振,从而在钻头端部合成为椭圆运动,为切削及钻孔提供动力.利用有限元分析软件ANSYS对压电钻进行结构设计,仿真了钻头在设计工作频率下的切削轨迹.根据仿真结果试制了一台样机,对该样机进行了激光扫频实验,结果表明,样机工作频率为56 kHz,切削频率可达336×104次/min,切削幅度则可控制在微米级.实验表明该样机配上普通牙钻,可在普通打印纸、硬纸板、铝板、钢板上进行切削、钻孔等操作.     

杆式行波超声电机紧固力的实验研究

以提高一种杆式行波型超声电机性能为目标，对电机定子的结构进行了介绍，强调了定子的紧固力对压电陶瓷及电机本身性能的重要性。介绍一种电机定子紧固力的间接加载方法和PSV-300F-B型高频扫描激光测振系统工作原理及其使用方法。通过实验，得出电机定子的紧固力与定子的一阶弯曲共振频率、工作端面的最大振幅及其振动速度的关系。经过权衡多方面因素，确定本电机的最佳紧固力约为3900N，此时压电陶瓷片承受的压应力为21．3MPa。     

圆柱-球体三自由度超声电机的研究

从实现圆柱-球体多自由度超声电机的运动原理和提高其输出性能的角度出发，提出了该种电机设计的基本要求。在此基础上，设计了一种新的电机定子结构，并用有限元法对该定子进行了模态分析和设计计算。依据设计结果，制作了样机。实验结果表明，定子的工作模态基本上满足其设计要求，电机的输出性能较以前有了大幅度的提高。同时也证明所采用的设计方法是正确的。     

行波型超声电机速度测控系统的研究

研制了一种行波超声电机速度的计算机测试控制系统。实验结果表明，该控制系统可以准确测试本中心研制的φ45mm压电行波型超声电机的启动关断性能，并解决了压电行波型电机由于长时间运转发热产生谐振频率漂移导致电机转速下降的问题，能进行频率跟踪，从而保持电机转速的稳定。     

一种新型直动式压电直线电机的设计

为研制高精度、大行程、宽频响的压电直线电机,提出了一种基于叠层型压电陶瓷的直动式压电直线电机.分析了电机的工作原理,对电机的结构进行了设计,制作了原理样机,并进行了实验研究.实验表明,在一定频率范围内,定子驱动足纵向振幅保持不变,且最大幅值为900 nm,电机最大无负载速度为4.8 mm/s,最大输出推力为4.5 N.     

基于压电效应的能量收集

介绍了利用压电陶瓷元素进行能量收集,并对其进行了理论分析.为能对负载进行供电,使用DC-DC变换器对电压进行变换,同时增加了输出功率.最后实验结果对前面的模型理论分析进行了验证.     

圆柱-球体三自由度超声电机模糊自适应控制

针对圆柱-球体三自由度超声电机难以建立精确数学模型的特点,设计了模糊自适应定位控制系统。该控制系统由模糊控制器和在线参数自调整环节构成,在线参数自调整环节使该系统的动态特性、稳态性能更好地兼顾,克服了固定量化因子控制性能不理想的缺点。应用该控制器,实现了电机精确定位控制。结果表明,参数自调整模糊自适应控制器的性能优于传统PID控制器及固定量化因子的模糊控制器,得到了满意的控制效果。     

行波型超声电机速度控制技术的研究

当超声电机的驱动器处于开环工作时，超声电机的转速与驱动频率之间的关系表现为时变的非线性；同时其正向和反向的速度特性也常不一致，这给超声电机的应用造成了很大的障碍。该文首先推导出行波型超声电机定子上的孤极传感器反馈电压与其转速之间的关系。据此，作者设计和制造了速度控制器。其次，针对行波型超声电机的正向和反向速度特性不一致的情况，提出一种正、反向速度平衡补偿算法，并用硬件实现了平衡补偿控制器。实验结果表明：在驱动器中添加这个速度控制器和平衡补偿控制器后，不仅使行波型超声电机的速度特性对指令电压具有非时变的线性关系，而且使它的正、反向速度特性具有良好的一致性。这一研究成果为行波型超声电机在我国的实际应用扫除了技术障碍，也为其他类型超声电机速度控制技术的研究提供了有效的途径。     

一种新型的超声波/声波钻探器

提出了一种新型的超声波/声波钻探器,并对其进行了理论和实验研究.采用有限元法对钻探器的换能器部分和钻杆部分进行了模态分析和谐响应分析.设计并加工了一套钻探器,针对4种不同的材料进行了钻探实验.实验结果表明,3 min能将砖头钻孔深9 mm,孔的直径为Φ6 mm.