陶瓷开裂故障行波型超声波电动机建模与仿真分析

压电陶瓷开裂是影响超声波电动机使用寿命的关键因素。针对该故障类型,研究了一种模拟压电陶瓷开裂的行波型超声波电动机定子建模方法。建立无故障超声波电动机定子模型,经动力学分析后得到的定子质点运动轨迹验证了模型的合理性;改变裂纹长度以模拟陶瓷片的不同开裂程度,得到了孤极电压信号随裂纹尺寸的变化规律;对不同开裂程度故障电机的孤极电压进行了采样,分析结果表明仿真结果与实测数据具有较好的一致性。     

一种新型行波超声波电动机的研究

介绍了一种新型行波驱动超声波电动机，它不同于以往超声波电动机定转子之间动态过程中为点接触的结构形式，采用了线接触的新型结构。运用振动理论推导了电机驱动原理，并用ANSYS软件建立了电机定子有限元模型，分析了电机定子各项参数对其动态特性的影响，通过实验得到了该电机的动态特性。     

球形行波型超声波电机的驱动数学模型

球形行波型超声波电机可以实现球面轨迹的运动,但是目前其设计仍处于经验阶段。该文从球形行波型超声波电机的原理与基本结构出发,利用坐标变换关系得到转子运动时定、转子接触面上接触力的分布情况,分析了行波定子与球转子接触点的摩擦驱动力和摩擦阻力。根据运动稳定时球转子的力和力矩平衡及行波定子的轴向力平衡关系,得到球形行波型超声波电机的驱动数学模型。通过仿真分析了结构参数和行波定子特性的影响,初步验证了上述模型。     

基于有限元法的行波型超声波电机阻抗特性分析

利用有限元方法对行波型超声波电机的阻抗特性进行定量分析.以直径为60mm的行波型超声波电机为例,建立了电机定子的有限元分析模型,分析了在20～50kHz频率范围内,超声波电机定子的输入阻抗随频率变化的规律.此外,介绍了一种基于虚拟仪器技术的超声波电机阻抗测量方法,在20～50kHz的频率范围对该电机定子阻抗进行了测试.结果表明,利用有限元法计算得到的电机定子阻抗特性与实际测量值相符.     

行波接触型超声波电机定子齿对电机性能的影响

本文对行波接触型超声波电机定子振动情况进行了分析，得到定子振动的固有频率和幅频特性，阐述了电机中定子齿的设置对定子振动的作用。针对三种不同的定子环模型，分别讨论了定子齿对固有频率、振幅及电机转速的影响，计算结果与实验测试结果相符合。     

超声波电机定转子接触的摩擦传动模型及其实验研究

超声波电机是一种利用超声振动和摩擦力为驱动源的新原理电机。对行波型超声波电机定子转子之间的磨擦传动动模型进行了深入研究。在分析过程中,考虑了定转子之间的粘滑特性,获得了行波型超声波电机特性与结构参数之间关系的解析表达式,为电机的设计和制造提出理论依据。     

支撑宽度对环形超声波电动机定子振动特性的影响

环形行波型超声波电动机工作时,为了获得定子的最大振幅,定转子一般均采用弹性支撑.但当电机的直径增加时,定转子的支撑部分在轴向压力作用下引起的弯曲变形会大大增加,从而减少了电机的输出转矩.主要分析定子支撑宽度对定子振动特性的影响,并得出:直径108 mm环形行波型超声波电动机的支撑宽度以9mm和4mm为宜.     

旋转型行波超声波电动机磨损控制研究

对旋转型行波超声波电动机进行了磨损试验,针对试验中超声波电动机失效的现象,结合Mindlin接触模型,分析旋转型超声波电动机定/转子的粘滑摩擦模型。根据该模型定/转子在同一时刻不同位置具有不同摩擦状态,采用固定参数PID控制法和专家PID控制法,对超声波电动机进行实时调节控制,并对试验超声波电动机定子和转子的磨损现象进行分析。试验结果对比表明,该专家PID控制可以有效降低超声波电动机的磨损。     

行波接触型超声波电机定子振动有限元分析

行波接触型超声波电机是一种利用压电晶体的逆压电效应获得驱动力矩的新原理微特电机,它与由电磁作用获得转矩的电磁型电机的工作原理截然不同。该文在考虑定子环沿径向厚度变化及内外边界约束条件的基础上,建立了带有齿的行波接触型超声波电机定子模型,利用有限元法进行了定子模态和强迫振动响应分析,研究了定子直径和齿高对定子振动的影响。通过计算结果与实验的比较,证明有限元方法对于由复合材料构成、具有齿的结果超声波电机定子振动的分析是一种行之有的方法。     

一种外伸梁式弹簧定子超声波电动机的设计

一种采用弯曲行波驱动的弹簧定子超声波电动机,为解决该电机存在的压电陶瓷粘贴可靠性低的问题,设计了一种外伸梁式弹簧定子超声波电动机。从理论上分析了超声波电动机的驱动原理,采用正交试验设计法及有限元方法对定子结构参数进行优化设计,并对优化后弹簧定子的动力学特性进行分析,为该电机进一步实验研究提供了理论基础。     

小型柱体超声波电动机的设计及有限元分析

简要总结了小型柱体超声波电动机的研究与发展;介绍了自行设计的一种新型自由-轴支小型柱体超声波电动机的结构、运行机理和振型特点,建立了定子有限元分析模型,并利用该模型研究了定子振型、定子开槽、陶瓷片位置及模态简并等问题,给出了仿真计算结果。     

卧板式直线超声电机的特性分析模型

直线超声电机摩擦接触特性对电机性能的影响很大,直线超声电机的摩擦驱动机理往往不同于旋转超声电机,无法应用旋转超声电机的接触模型对其进行分析。针对一款卧板式直线超声电机,基于弹性接触理论建立了其摩擦接触分析及特性预估模型。该模型考虑了施加预压力后定子工作状态的改变,以及定、动子相对滑动速度差对摩擦力的影响。利用所建立的模型,对卧板式直线超声电机的机械输出特性进行了仿真计算,并分析了定子振动特性、预压力、接触界面摩擦特性、施加预压力弹簧刚度特性、驱动频率等参数对电机机械特性的影响。制作了样机,并对样机的机械性能进行了测试。试验结果表明,所建立的模型对直线超声电机特性的估算是有效的,可以为直线超声电机的设计和特性分析提供参考。     

新型柱体超声波电动机有限元设计

简要总结了小型柱体超声波电动机的研究与发展,介绍了自行设计的一种新型自由-轴支小型柱体超声波电动机,对其结构、运行机理和振型特点进行了介绍,建立了电动机定子的有限元分析模型,并利用该模型研究了定子振型、定子开槽、陶瓷片位置及模态简并等问题,给出了仿真优化计算和样机的测试结果。     

径向换能型超声波电机定子振动模型

提出了一种弹性叶片式径向换能型超声波电机,分析了电机的结构与工作原理,建立了定子径向自由振动和受迫振动的解析模型,同时,为了进行对比验证,建立了定子振动的有限元模型进行模态分析和谐响应分析。分别采用两种模型计算得到了定子一阶径向自由振动的频率和在外加电压激励下受迫振动的径向振幅,两种模型的理论计算结果接近。采用阻抗特性分析仪测量了定子一阶径向自由振动的频率,并采用激光测振仪测量了定子外侧表面质点在外加电压作用下径向振动的振幅,将实验测试结果与理论计算结果进行对比,二者基本吻合。实验测试结果验证了所建立的定子振动的解析模型和有限元模型的有效性。最后,制作了原理性样机,验证了所提出的径向换能型超声波电机动作原理的可行性。     

单模态纵-弯复合直线电动机的机理与特性

提出了一种融合一阶纵振和四阶弯曲振动模式的单模态直线超声波电动机,介绍了电动机的结构和运行机理,利用有限元方法建立了电动机定子的机电耦合模型,仿真分析了电动机定子的振动特性,确定了电动机定子工作模态和工作频率;利用弹性杆的纵振动和悬臂梁的弯曲振动理论建立了电动机驱动足椭圆运动轨迹方程,分析了激励电压相位差对电动机椭圆轨迹的影响;利用粘弹性接触机理给出了电动机的机械特性输出曲线,分析了预压力、激励电压幅值和激励频率等对电动机输出特性的影响。通过数值和仿真分析得出:单模态直线超声波电动机的工作频率为39 860 Hz,在外加激励电压Up-p=100 V时,电动机最大输出推力和空载速度分别达到19.1 N和310 mm·s~(-1)。     

基于ANSYS的径向驻波型超声波电机设计与分析

研究了一种采用径向振动的驻波型超声波电机。首先分析了电机的结构,然后利用有限元分析软件ANSYS建立定子有限元模型,基于该模型分析了压电陶瓷的结构尺寸对定子振动特性的影响,进而确定了定子的结构尺寸,并进一步分析了定子的瞬态响应特性。最后根据理论分析结果试制了样机,对样机进行了试验测试,测试结果表明,所设计的电机具有较好的输出性能。     

三圆柱定子纵-弯复合模式超声波电机的研制与实验

该文研究了三圆柱定子纵-弯复合模式超声波电机的驱动机理,设计制作了三圆柱定子纵-弯模式的新型结构电机,并进行了实验测试。实验结果表明,该类型电机不但结构简单紧凑,而且具有良好的输出性能,如反应速度快、控制特性好,低速大转矩等,设计达到了预期目标。     

环形超声波电机定子振动模式分析

论述了环形超声以电机的工作原理首次引入等效梁的概念，建立了环形超声波电机关键结构即定子复合振子的数学模型，给出了其振动模式的解析解和仿真计算结果；分析了定子表面粒子的椭圆运动及超声波电机的本质；并给出了实际的样机结构。