多自由度超声电机振动频率的修正

多自由度超声电机是将两种以上的超声振动模式按照一定的方式组合,通过在定子表面的椭圆运动实现转子的多自由度转动.该文对纵弯复合模式圆柱形多自由度超声电机的振动特性进行了研究,该电机的定子由两组夹心式振子组成:一组夹心式压电片在电压激励时能在纵向产生较大的振动位移;另一组夹心式压电片由2个纵向振动的压电片和4个铜电极组成,用于产生两个方向的弯曲振动.为了研究电机的工作特性,参照换能器频率的计算方法,通过纵弯振动的波动方程推导了电机纵弯振动频率方程,考虑多自由度工作时,电机定子纵弯振动的相互影响,对纵弯振动频率方程进行了修正,并将理论计算结果、数值仿真结果及实验测试结果进行了比较,证明了理论计算的正确性.     

新型纵弯超声电机振子的设计与分析

提出了一种新型纵弯超声电机振子结构,本振子分为两组进行激励,通过控制输入激励信号,实现在振子上激励出在时间上相差π/2的纵弯模态响应,纵弯模态响应叠加在振子驱动足上产生椭圆运动轨迹,进而通过驱动足和动子之间的摩擦作用,使动子产生运动。该文在分析该振子工作机理的基础上,建立了纵弯振子的参数化有限元模型,通过模态分析进行模态特征频率的结构参数灵敏度分析,最终实现振子的纵弯模态的匹配。并对振子驱动足表面质点振动轨迹进行了分析,瞬态分析得到振子驱动足表面质点运动轨迹接近理想的椭圆轨迹,分析结果为物理样机的研制提供了理论依据。     

基于多模态复合型压电振子的球形超声电机

该文提出了一种基于多模态复合型压电振子驱动的球形超声电机。利用单个振子的一阶弯振模态、一阶纵振模态和弯-弯振动组合模态实现驱动足的二自由度驱动,通过两个空间垂直布置的压电振子的合成驱动实现球转子的三自由度转动。利用Ansys Workbench有限元软件对振子进行模态分析和谐响应分析,并优化设计其结构参数。加工制作了原型样机,并测试了不同预压力下的频率转速特性。结果表明,当预压力为10 N时,x、y轴最大空载转速可达130 r/min,采用异步并联驱动方式的z轴最大空载转速可达155 r/min。     

口齿式定子驱动的平面超声电机特性分析

推出口齿形定子驱动的压电平面电机,选定子的面外弯振、面内横齿弯振、面内纵齿弯振作为工作模态,利用面外弯振分别与面内纵齿弯振、面内横齿弯振的振动耦合,分别在纵、横齿驱动足上生成沿xOz、yOz面行进的椭圆轨迹,以推动动子沿x、y向移动,阐明了电机的运动原理。基于频率一致性目标优化了定子尺寸,并厘定电机最适驱动频率为30 800 Hz。建立了定子机电耦合分析模型,计算出定子的瑞利阻尼,模拟出驱动足的椭圆轨迹,仿真得到在250 V电压激励时驱动足的x、y、z向振幅分别为2.1μm、2.6μm和2.0μm。探析了驱动电压、频率、相位差对电机振幅的影响。     

一种基于压电驱动的小型移动机器人的研究

提出了一种基于弹性体1阶纵振、3阶弯振驱动的“人”字型移动机器人,实现了基于同一压电陶瓷片的压电常数(d33,d31)效应同时激发纵振、弯振的设想;建立了纵、弯振频率一致性的几何条件;仿真了机器人的振动模态,并计算出了纵、弯振动一致性固有频率为26.378 kHz;研制出了机器人的自振荡频率跟踪驱动电路;制作出了机器人原型机,并在其上完成了模态、运行实验;实验结果表明该机器人可在较光滑表面上爬行。     

弯扭复合模态超声电机振子的优化设计

针对目前超声电机振子主要采用纵振或弯振复合而较少采用扭曲振动的形式,该文设计了一种弯扭复合模态的超声电机振子,该振子的振动模态由一阶扭转振动模态和二阶弯曲振动模态耦合而成。采用有限元法对二阶弯曲振动模态和一阶扭转振动模态固有频率在不同振子尺寸参数下的规律进行分析,并将这些规律拟合为两个多维函数的基础上,以提高二阶弯曲振动模态和一阶扭转振动模态固有频率一致性为目标,采用最速下降法对振子结构进行优化设计。实验结果表明,优化设计后振子的二阶弯曲和一阶扭转振动固有频率一致性较优化前有明显提高。     

基于面内弯曲模态直线超声电机振子研究

提出了一种矩形振子面内弯曲模态直线超声电机,分析了振子面内弯曲模态的激发原理及电机的驱动机理。运用动力学分析法,建立了矩形振子的动力学模型,分析讨论了振子结构参数及弹性体材料对振子模态频率的影响,并进行了相应的扫频实验研究。动力学计算与实验测试结果比较表明,在自由边界条件下,理论分析结果与实测结果基本一致,研究结果为利用面内模态直线超声电机的设计提供了依据。     

二自由度压电马达的振动分析

分析了平板式二自由度压电马达的工作原理,对压电振子的振动与运动特性的关系进行了探讨。并利用有限元计算方法对振子的振动模态进行了计算,对马达工作时振子的振动模态与结构的关系有了进一步理解和认识。     

层叠复合材料宽带换能器设计

利用多模耦合原理,将两片不同厚度的1-3型复合材料叠堆,制作宽带压电振子。用串并联理论与等效参数理论,计算不同厚度复合材料的谐振频率,得出构成层叠压电振子的两片复合材料的谐振频率差,并通过实验加以验证。结果显示,实验值与计算值吻合较好。将上述压电振子灌封,制作水声换能器并进行测试。结果表明,四只换能器的–3 d B带宽最大可达80 k Hz,最大发送电压响应均在163 d B以上。     

复合型直线超声波马达

国内外对直线型超声波马达的理论探索和研制进行了大量的研究。根据近十几年来国内外的有关文献资料,从振动模态的角度分类总结了国内外纵弯型、纵扭型、纵振型、弯振型四类典型直线型超声波马达的发展及其研究现状,并概述了其工作原理和特点。     

无阀压电泵的泵腔容积变化量

通过对简支边界条件、电压驱动下复合压电振子的振动分析，推导了复合压电振子的运动方程，从而导出了复合压电振子变形后所包围的体积即无阀压电泵的泵腔容积变化量的计算公式，分析了泵腔容积变化量与复合压电振子最大变形量之间的变化关系，给出了通过复合压电振子最大变形量来计算无阀压电泵泵腔容积变化量的计算式。     

双激励阶梯形弯曲振动夹心式压电换能器的研究

基于Timoshenko梁弯曲理论,该文建立了双激励阶梯形弯曲振动夹心式压电换能器的传递矩阵理论模型.利用解析理论模型和有限元仿真对换能器的前4阶弯曲振动特性进行了计算分析.结果表明,在换能器的各阶弯曲振动模态下,解析理论计算与有限元仿真均取得了一致结果,即在低阶(一、二阶)弯曲振动模式下换能器有效机电耦合系数大,高阶...     

夹心式纵弯复合模式压电陶瓷超声换能器的研究

对夹心式纵弯复合压电陶瓷超声换能器进行了理论及实验研究，该换能器由金属细棒及纵向极化的压电陶瓷圆环组成。得出了换能器中纵向振动和弯曲振动的共振频率方程。通过修正金属细棒的长度和横截面积，实现了换能器中纵向振动与弯曲振动的同频共振。实验结果表明，换能器的测试频率与计算频率基本符合，而且换能器的纵向频率和弯曲振动频率也吻合。     

新型锥壳形旋转超声电机的研究

该文提出了一种新型锥壳形旋转行波超声电机,该锥壳形超声电机振子的三阶弯曲振动模态可以将面内、外弯曲振动结合起来,实现新型振动模式的行波驱动。利用有限元软件确定了振子结构尺寸、三阶弯曲振型及频率并制作了原理样机,对原理样机振动特性及输出性能进行了测试。测试结果表明,当激励电压峰峰值为240 V,谐振频率为27.53 kHz时,空载时超声电机最高转速为85.8 r/min,堵转力矩为441 mN·mm。     

弯曲振动压电陶瓷换能器

介绍了一种夹心式弯曲振动压电陶瓷换能器，该换能器由压电陶瓷半圆片、前后金属盖板以及预应力螺栓三部分组成，在结构上类似于夹心式纵向振动换能器。从弯曲振动细棒的运动方程出发，得出了夹心式弯曲振动压电换能器的频率设计方程，在此基础上，进行了弯曲振动换能器设计，结果表明，利用本文得出的公式设计换能器，其共振频串的测试值与设计值基本符合。     

扭纵超声马达振动系统共振频率简并的研究

扭纵复合朗之万振动系统广泛地应用于超声马达和超声焊接。但在同一振动系统中，由于纵波波速比扭转波速快得多，因此纵振共振频率远高于扭振共振频率。为了使两种共振频率简并，本文作者研究了扭纵驻波超声马达振动系统中共振频率简并的一种方法，即通过细颈将一匹配质量联结到朗之万式扭纵振动换能器的端部，分别用一维网络传输矩阵法和有限元法进行了计算，并且进行了实验测量。用此方法研制的３个扭纵驻波超声马达样机，取得了满     

压电式微固体模态陀螺谐振频率自动跟踪电路

压电式微固体模态陀螺振子通过交变电压激振、传感电极感应出电荷。当激励电压频率为某阶振动模态谐振频率时,感应电荷达到最大值。设计了谐振频率自动跟踪电路,使陀螺稳定工作在谐振模态。使用现场可编程门阵列(FPGA)控制直接数字频率合成器(DDS)产生频率精确可调的激励电压,驱动陀螺振子振动。检测谐振点对应的激励电压和感应信号间的相位差,作为反馈信号调节激励电压频率。实验结果表明,当相位差锁定区域处在98.48°~100.27°时,振子感应电极输出信号最大,振子处于谐振状态,实现了振子谐振频率的跟踪锁定。该系统可用于以谐振器为核心器件的振子工作模态锁定与跟踪。     

滚珠丝杠副超声减摩振子优化设计与试验

该文提出了一种减小滚珠丝杠副摩擦力的超声振动减摩振子。将激振器与滚珠丝杠的螺母通过螺栓在法兰处相连,通过激发减摩振子的二阶扭转振动模态,实现对滚珠丝杠副的减摩。利用有限元分析软件对减摩振子进行模态分析并对激振器套筒长度、激振器法兰厚度及内孔直径进行正交试验,通过优选得到最佳组合并确定其主要结构尺寸,试制了样件。最后对减摩振子进行实验测试,验证了该减摩方法的可行性。     

双足压电振子驱动模式的比较研究

为比较驻波直线超声电机双驱动足同时驱动与交替驱动的两种工作模式,该文提出了一种多足驱动的超声电机振子。该振子双侧共有4个驱动足,其中一侧的2个驱动足实施同时驱动模式,另一侧的2个驱动足实施交替驱动模式,便于比较及分析两种模式之间的性能差异。通过有限元仿真确定了压电振子的结构尺寸、弯曲工作模态及固有频率,制作振子并开展了振子的振动特性和输出性能及其比较的实验研究。实验结果表明,在激励电压峰峰值100 V、谐振频率26.30 kHz的条件下,交替驱动时空载速度和最大输出力比同时驱动提高了14%和40%。在交替驱动模式下,避免了因多个驱动足互相干扰动子而导致压电振子输出功率降低的问题,输出速度和输出力得以提高,与同时驱动模式相比,交替驱动模式有利于改善输出性能。