双层板簧夹持的直线型超声电机

分析了目前直线型超声电机夹持装置存在的问题,并针对双变幅杆V形定子结构提出了双层板簧夹持方案。双层板簧结构可限制定子沿驱动方向的自由度,从而提高了电机的机械性能,其双层平行结构可有效地解决定子工作过程中的扭转,提高了电机的稳定性,电机最大输出力达17.7 N,最大功率为0.67 W,最高效率为19.7%。     

柔性铰链结构夹持的直线型超声电机

分析了直线型超声电机理想夹持模型与实际夹持模型的差别,并提出了实际夹持模型应满足的要求。针对南京航空航天大学精密驱动研究所研制的双变幅杆V型直线超声电机提出了基于柔性铰链结构的夹持方案,此方案显著地提高了电机的机械性能及稳定性,电机的最大输出力达28.8 N。通过实验研究了不同弹性元件对直线电机输出性能的影响,并对直线电机所使用的弹性元件提出了要求。     

新型塔形压电式粘滑直线作动器

为了达到纳米级的定位精度,并考虑到压电式粘滑作动器能够达到极高的定位精度(5 nm),研发了一种塔形压电式粘滑直线作动器。该作动器由塔形定子和动子构成,其中塔形定子由4片压电陶瓷与金属弹性体粘接构成,动子在预压力的作用下与定子保持接触。当输入锯齿波激励信号时,塔形定子利用y-z面内强迫弯曲振动来激发定子驱动足产生非对称切向振动,从而驱动动子正反向运动。在分析电机工作原理的基础上,制作了原理样机及其实验装置,然后进行了模态实验和机械特性实验。实验表明:锯齿波激励信号的峰峰值电压400 V、预压力6N的条件下,当激励频率8 000 Hz,该作动器速度最大,为1.2 mm/s;当激励频率1 Hz,该作动器速度最小,为35 nm/s。     

ANSYS和Pro/E在超声电动机有限元建模中的应用

针对目前采用ANSYS建立超声电动机有限元模型效率低下的问题,提出利用ANSYS和Pro/E集成的方法建立超声电动机有限元模型。该方法能充分发挥Pro/E强大的实体建模功能和ANSYS强大的有限元分析功能,能弥补ANSYS建模功能较差的缺点。详细分析了ANSYS和Pro/E集成的3种方式,其中,利用ANSYS/ProFEA接口模块进行数据传输的集成方式能正确完整地将Pro/E中构建的三维几何模型传递到ANSYS中,并有利于进一步的有限元分析。介绍了集成方式建模时需要注意的单位设置、单元类型选择及相应的网格划分类型选择等问题。以粘接结构和螺栓紧固结构的超声电动机为例,介绍了建立超声电动机有限元模型的具体实现方法。最后,以薄板面内模态直线型超声电动机为例,通过将集成方式建模的理论计算结果与ANSYS建模的理论计算结果和实验结果对比,证明集成方式建模不但效率高,而且计算精度高,非常适用于超声电动机的设计及优化。