旋转式惯性压电电机的振子模型研究

提出了一种新型旋转式压电惯性电机,利用压电双晶片振子作为驱动元件,用锯齿波作为激励电信号产生惯性冲击力使电机旋转。分析了旋转式压电惯性电机的驱动机理,建立了压电振子的动力学模型,求解了振子的自由振动固有频率和模态函数。分析了影响压电振子固有频率的系统参数及其影响规律。计算结果表明梁端部模态函数值与质量系数α的值成反比。这些结论为压电惯性电机的设计和进一步的研究提出了新的思路和方法。     

三角混合两级杠杆微位移放大机构的设计及性能分析

针对压电执行器和压电驱动平台输出行程有限的问题,设计了一种三角混合两级杠杆微位移放大机构.首先,理论推导了该微位移放大机构的位移放大公式,得到了位移放大比;其次,分析了不同类型两级杠杆结构支点铰链对施加载荷的敏感性;最后,利用ANSYS软件对机构进行静力学和动力学仿真,对机构的相对寄生运动比和固有频率进行了分析.结果表...     

一种空间润滑装置的流固耦合振动

面向空间润滑中常采用的被动润滑不及时的问题,提出一种主动润滑方法。为了达到主动润滑的目的,提出了一种结构简单易于加工的压电微喷润滑装置。压电微喷装置的固有频率和振型对液滴形成和喷射效果具有重要作用。首先建立考虑压电-流固耦合和压力波传播效应的等效模型。进而利用有限元法对整个装置的固有频率和相应的振型进行分析。最后利用激光测振仪对整个机构实际的振型和固有频率进行测量。通过结果对比验证此流固耦合模型的有效性和方法的实用性。     

利用音叉共鸣结构的大振幅双足压电直线电机

本文提出了一种根据人类行走姿态加以抽象的新型双足压电直线电机。音叉共鸣结构的引入使得驱动足可以产生大振幅,而且提高了压电换能效率,低电压即可驱动。驱动足实现大振幅的意义在于大大降低了对于导轨的要求,木轨、塑料轨等首次成为压电超声波电机的驱动导轨。本文建立了该电机简化的动力学模型,分析了定子拓扑结构、配重等设计参数对于输出机械性能的影响,给出了设计准则。通过实验测出了该电机的输出特性,最高输出速度为210mm/s,最大输出力为0. 5N。     

大型立式电动机特定边界条件下的振动特性仿真与实验研究

考虑大型立式电动机的承载结构特点和机电耦合、电磁耦合作用,应用虚拟样机技术和有限元仿真软件,建立了某大型立式电动机的有限元模型,分析了电机振动变形和结构破坏的分布规律,确定了大型电动机结构变形与破坏的主要形式和部位。研究结果表明,单边磁拉力的不平衡作用是引起大型电机振动的重要激振源,当主波磁场产生的单边磁拉力的频率与电机某阶固有频率接近或者相同时,可能引起相关结构或者整机的强烈振动。同时,地脚螺栓的联接刚度对电机固有频率有较大影响,随着地脚螺栓数量的增加,电机的固有频率随之提高;当地脚螺栓失效时,会使得电机的固有频率降低,从而可能更加容易引起电机生产剧烈振动或者共振。     

双弯曲管式螺杆型压电作动器

提出一种基于压电金属复合梁双向弯曲振动的螺杆型作动器,其压电换能器中每一个压电片都工作在Kt模态。首先,以细直梁在空间的一阶弯曲振型为基础确定了作动器结构形式;其次,对定子材料、结构参数与固有频率及端面振幅的关系进行了有限元分析,其中特别讨论了材料的参数E/ρ对一阶固有频率的影响规律;然后,根据分析结果确定了作动器结构尺寸,并试制了样机;最后,测试了样机的主要输出特性。结果表明,作动器的最佳激振频率约为15.8k Hz,启停时间在20 ms左右;在300 V驱动电压下,作动器最大空载速度为1.146 mm/s,最大轴向力为2.5 N。     

四自由度压电微夹钳的结构设计及尺寸参数优化

为提高微夹钳操作微对象时的灵活性,探索四自由度压电微夹钳的实现问题,将制成相应形状并分割驱动电极的两片压电陶瓷晶片进行粘结,制作出微夹钳,并将两组空间垂直交叉的横向逆压电效应作用于钳指上,使单个钳指产生夹持方向和垂直于夹持方向的微位移,从而使整个微夹钳(两个钳指)具有4个自由度.在综合考虑微夹钳输出位移、固有频率、制作工艺的情况下,采用有限元分析方法,对钳指长度、宽度、厚度进行了优化,对优化后微夹钳的输出位移和振型进行了分析.对微夹钳的输出位移进行了测试,结果表明:在60 V的最高驱动电压作用下,左、右两钳指沿夹持方向的最大位移分别为25.6μm、24.3μm,沿垂直于夹持方向的最大位移分别为32.1μm、30.9μm;两钳指的输出位移具有良好的重复性.     

旋转型超声电机在冲击环境下的失效模式研究

随着超声电机在武器系统中的应用,研究分析冲击环境下电机的失效模型,为超声电机应用在武器系统等高过载环境中提供意见与建议变得十分具有意义。分析了电机中关键部件在冲击载荷下可能存在的失效模式:压电陶瓷的断裂与脱胶;定子的塑性变形引起工作频率的漂移;定转子的塑性变形和预紧力机构中紧固螺栓的松动引起预压力的减少甚至消失。通过动力学仿真对超声电机各个部件的受力情况与应力波传递过程进行分析,分析结果显示预紧力机构是整个结构中最容易被损坏的部分。通过空气炮对超声电机进行冲击过载实验,当冲击过载达到26 546g时,超声电机中用于施加预紧力的螺栓松动,预紧力结构失效,其它结构部件没有发生明显损坏或变形。研究结果为超声电机应用于武器系统等高过载环境中提供理论依据与改进意见。     

新型旋转式压电惯性电机振子的冲击振动分析

新型旋转式压电惯性电机,是一种利用压电双晶片振子作为驱动元件,利用锯齿波作为激励电信号产生惯性冲击力的旋转电机。本文研究压电惯性电机振子在pzt元件激励下的冲击受迫响应。推导出了压电陶瓷片两端电压响应方程,以及压电振子梁的冲击受迫响应方程。分析了激励信号频率对振子梁端部响应的影响规律。同时,分析了不同激励信号占空比情况下振子梁端部响应变化规律,以及结构参数对电机驱动力矩的影响规律。分析了提高电机驱动力矩的有效途径。     

一种用于光学模组变焦的新型螺纹压电电机

基于课题组早期研究的转速可达10000r/min,响应时间小于1ms的棒板结合式压电电机的启发,设计并制备了一种扩展结构的用于光学模组变焦的螺纹压电驱动器,它同时具备响应时间短的特点.本压电驱动器采用筒板结合式的定子结构,在B11工作模态下通过定子圆筒内螺纹将运动传递给转子,单层压电陶瓷粘贴在定子板上驱动电机运转.本研究利用有限元法分析了电机定子的工作模态和谐响应,利用红外多普勒激光测振仪测量了电机在不同频率下定子的微观振动,实验验证了理论预测并证明了这种结构简单紧密的压电驱动器的可行性.电机运行实验验证了该电机具有响应时间短、电机转速合适、定位精确等优点,适合用于光学调焦领域.     

变截面压电层合梁自由振动分析

考虑压电材料的质量效应和刚度效应,将表面粘贴或埋入式压电悬臂梁看作变截面梁,研究压电材料对智能结构固有特性的影响。基于一阶剪切变形理论导出压电层合梁的抗弯刚度和横向剪切刚度,计及梁的剪切变形和转动惯量,采用Timoshenko理论推导变截面压电层合梁的频率方程。给出了T300/970压电层合梁和硬铝压电层合梁的前3阶固有频率,并和有限元结果、等截面梁的计算结果进行比较。计算表明,压电材料对压电结构固有频率和固有振型的影响显著,在以振动控制为目标的压电结构动力学建模过程中,有必要考虑压电材料的质量和刚度。     

轴向运动压电纳米板的非局部热-力-电耦合振动

基于非局部理论结合基尔霍夫压电薄板模型,研究了轴向运动压电纳米板的热-力-电耦合振动响应。考虑压电纳米板受到双向轴力、外部电压和温度变化等作用并做轴向运动,应用哈密顿原理推导了系统的控制方程组,利用伽辽金法数值求解轴向运动压电纳米板横向振动固有频率,进一步讨论小尺度参数、轴力、外部电压以及温度变化等因素对固有频率及亚临界区域的影响。结果表明:双轴压力、外部正电压、温度升高以及小尺度参数的存在使得压电纳米板的等效刚度降低,从而导致固有频率和亚临界区域的减小,而双轴拉力、外部负电压、温度降低则引起纳米结构等效刚度提高。     

压电陶瓷电机在数控齿轮测量仪器中的应用

简要介绍压电陶瓷电机的工作原理及性能，分析了压电陶瓷电机用于数控齿轮测量仪器上的优缺点，通过实际应用验证了压电陶瓷电机可以作为直线驱动系统用于齿轮测量仪器中。     

光盘光学头音圈机构及其磁路优化

本文介绍了光盘光学头音圈电机驱动机构的基本组成,以及其磁路和支承元件的型式和种类,推导了平行片簧的运动挠曲线方程和机构固有频率的计算公式,提出了在满足机构行程和加速度要求下,通过适当的材料选择和结构优化等途径,减轻整个机构重量的磁路优化设计方法。还分析了机构的位移特性,频率响应特性,给出了音圈机构传递特性的测试方法。     

某核电厂辅助给水泵电机振动故障诊断

针对某核电厂核岛辅助给水泵电机空载试验振动超标问题,先后采取多项排查措施,包括机座灌浆、地脚平面修整及机座支撑平面研磨、地脚螺栓孔扩孔等,处理后减振效果不理想。后经进一步测试分析,最终诊断出振动故障的根本原因为电机结构的固有频率与电机转动的电磁干扰力频率接近,导致共振。通过将电机地脚螺栓金属垫片更换为刚度较小的橡胶垫片,降低电机结构的固有频率,避开共振区域,经现场测试验证,电机各测点振动均满足验收标准,有效解决该电机的振动超标问题。该电机振动故障的排查与诊断过程,对工程中振动问题的处理思路具有一定借鉴意义。     

一种细长形非共振式压电直线电机结构优化设计EI北大核心CSCD

设计出一款基于桥式放大机构的细长形非共振压电直线电机,该电机尺寸为29 mm×5 mm×3.5 mm,论述了其工作原理,建立了物理模型并基于能量守恒原理推导出位移放大机构放大倍数的数学模型,通过仿真和试验验证了数学模型的正确性。根据数学模型得出了影响电机力学性能的各种结构参数,进而对结构参数进行了优化,最后研制出优化后的样机,并对优化前后的样机力学性能进行试验对比。试验结果显示,当两个驱动信号相位差为90°时,电机的输出驱动力达到最大;优化后的电机在峰值驱动电压为140 V、偏置电压为70 V、保持力为2.2 N的情况下,电机空载最高转速从6.69 mm/s线性增加到7.67 mm/s,速度载荷特性比优化前有明显的提升。研究结果表明,通过建立正确的数学模型能有效分析出影响电机性能的关键结构参数,改进后的电机力学性能得到显著提升。     

强离心场下旋转型行波超声电机定子动力学分析与试验

研究了强离心场下旋转型行波超声电机定子的动力学特性,分析了离心刚化效应对定子的影响。通过计算离心力做的功(或称为离心势能)推导出因离心刚化效应引起的附加刚度矩阵,进而得到强离心场下定子的特性矩阵(包括质量矩阵和刚度矩阵),求解得到定子的模态参数;并根据压电陶瓷的孤极区反馈的电压信号,确定了高旋环境下定子的固有频率;总结了强离心场下超声电机定子动力学特性变化规律,给出了高旋环境下超声电机的驱动控制应对策略,为高旋环境下超声电机的应用奠定基础。     

CFRP电机机座振动性能分析研究

电机机座作为电机与基础直接相连的部分,在整个电动机结构中起着支撑铁芯、绕组、端盖等部件的作用,同时也是电机振动传递路径上的主要结构。针对电机运行时的减振需要,基于JW6314型三相异步电机铝合金机座的结构形式,设计新的CFRP机座,并对其固有频率、阻尼性能进行分析研究,利用编写的MATLAB程序计算CFRP机座的前4阶阻尼比,最后进行模态实验。结果表明CFRP机座的固有频率和阻尼比比铝合金机座更高,所设计CFRP机座能有效降低电机运行时的振动。     

超声电机用压电材料的研究进展

压电材料是超声电机的核心,压电材料性能的优劣在很大程度上影响和制约着超声电机的发展.从几个方面对超声电机用压电材料的应用及研究进展进行了评述和探讨.在总结超声电机对压电陶瓷性能的要求以及目前压电陶瓷的使用现状之后,从配方、工艺、质量3方面提出了可能的改进方法,针对超声电机在特殊环境下的服役条件,介绍了弛豫铁电体单晶和高居里温度压电陶瓷等新型压电材料在超声电机上应用的新进展,提出了未来超声电机对压电材料的要求.     

开关磁阻电动机振动特性的有限元分析

本文建立了开关磁阻电动机(SR电机)振动特性的二维和三维有限元模型,利用有限单元法计算了SR电机的振动模态和固有频率,对各种模型计算结果进行了对比分析,研究了SR电机定子结构对其振动模态和固有频率的影响,并与模态实验的结果进行了比较.