用于超声电火花复合加工的压电振子优化设计与实验

提出一种用于超声电火花复合加工的压电振子,并对该振子进行研究.使用有限元分析方法对该压电振子进行计算,通过对压电振子的结构参数动态优化,使其具有合适的纵振模态和频率、驱动端具有较大振幅、陶瓷片和安装盘位于合适位置,从而满足超声电火花复合加工要求.最后进行压电振子动态特性实验,分析结果与实验结果基本符合.     

阶梯圆柱形压电振子直线型超声电机

针对现有直线型超声电机推力较小、效率不高的普遍现状,提出利用阶梯圆柱形压电振子驱动的直线型超声电机.其压电振子包含两组压电陶瓷单元,经逆压电效应激发阶梯形圆柱压电振子在两个正交方向上分别产生5阶弯曲振动,使振子两个圆盘形结构的表面质点形成椭圆运动,经摩擦作用于固定导轨,使振子组件沿导轨产生直线运动,进而构成直线型超声电机.采用有限元仿真方法确定结构尺寸,制作原理样机并进行了相关试验.原理样机获得如下性能:最大输出力为16.2 N;最大速度为180 mm/s;最大效率为38％;响应时间为24 ms;步进分辨率为2μm.     

纵弯超声电机压电振子的动力学数值模拟

利用压电陶瓷的本构方程和弹性动力学方程建立了压电驱动问题机电耦合场的有限元模型,基于有限元程序自动生成平台FEPG,通过编写元件化程序,得到此类结构的有限元计算程序.对纵弯超声电机压电振子的动力学特性进行了分析,结果表明该程序可以用于压电驱动类结构的的动力学数值计算.     

充液对压电振子超声振动频率的影响研究

振子在不同边界条件下模态将有较大的变化,利用ANSYS有限元模拟,对空心振子充液前后进行了对比模拟,并进行了振子的实际测试实验,探究了充液对空心振子超声振动模态频率的影响。有限元模拟分析及振子实际测试表明,空心振子在充液后,同阶振动频率将会降低,并且频率降低的幅度随着所充液体密度的增大而增大;对空心振子纵弯模态频率在充液前后的不同变化情况进行了研究与比较,对比发现,充液条件对于弯曲模态频率的影响大于对拉伸模态的影响;充液压电振子的幅频特性曲线呈非线性,软特性。为超声压电振子的模态频率微调提供了理论与实验依据。     

多振子压电发电机的输出特性

为提高多振子压电发电机的输出能力及有效频带宽度,从理论及试验两方面研究了各压电振子直接串/并联及经整流桥串/并联时的输出电压特性.结果表明,压电振子结构及数量相同时,经整流桥串/并联输出的电压及频带宽度均优于直接串/并联输出的电压及频带宽度,且压电振子经整流桥串联输出方式优于并联输出方式,其电压波动也较小.最后,制作了...     

纵-扭复合型压电超声电机的优化设计

研究了纵 -扭复合型压电超声电机的几个关键问题 ,包括电机的工作原理 ,压电陶瓷的极化方式及其安放位置 ,电机定子的结构形式的选择及定子的结构动力学设计问题 ,最后设计并装配了一台直径 2 0 mm的电机 ,堵转扭矩达 2 .5kg· cm,无负载转速 35r/min,并指出装配中应注意的问题。实验表明 ,要求的频率和振型达到了设计要求。     

用于微电子封装的高频压电超声换能器模态优化设计

研究了高频压电超声换能器的优化设计方法,基于四端网络方法和有限元分析软件ANSYS参数化建模,通过不断调节结构参数的大小对换能器进行优化,使工作频率在满足设计要求的前提下,实现了工作频率与其他非工作频率的分离。通过阻抗分析仪和多普勒激光测振仪对换能器进行测试,实验结果表明,该换能器工作频率为110.161 kHz,工作频率附近不存在非纵振模态和其它寄生的振动形式。     

双作用压电泵绝缘压电振子

提出了对压电泵中的动力元件-压电振子进行特殊绝缘处理的方法,使压电振子在两个方向弯曲变形时都有输出工作能力,形成双面作用的绝缘压电振子.阐述了由一个绝缘压电振子形成两个工作腔体的双作用压电泵结构.根据小挠度弹性弯曲理论导出了绝缘圆形复合压电振子的弹性曲面微分方程,阐述了绝缘处理方案和过程,并对其绝缘特性进行了分析.对绝缘压电振子进行了实验测试,实验结果表明:双作用绝缘压电振子不仅具有绝缘特性,而且具有良好的韧性和强度,其击穿电压比未经绝缘处理的压电振子的击穿电压提高了20～30 V.     

泵用压电振子动态特性的研究

为了提高压电泵的效率、优化压电泵的结构,对泵用压电振子的动态特性进行了研究。介绍了一种新型压电泵——Y形流管无阀压电泵的结构和工作原理;对Y形流管无阀压电泵压电振子的振动状态进行了理论分析,得到了压电振子的固有频率及最大振幅的理论计算公式,并证明了理论分析结果的正确性;根据理论分析结果,对压电振子几何参数和基底层材料对其振动特性的影响进行了分析讨论。分析结果表明：压电振子的PZT层与基底层的直径比应在0.75左右,厚度比应小于1;基底层材料对频率影响较大,但对最大振幅影响较小。     

辐射场型压电振子的谐振特性研究

介绍了一种新型的辐射式场压电薄膜.采用有限元软件ANSYS建立辐射场螺旋电极振子有限元模型,仿真压电振子的横向振动响应.通过分析振子的谐振响应,获得了螺旋型电极参数对压电振子谐振频率的影响规律.利用阻抗分析仪对辐射场型螺旋电极压电振子的谐振频率进行了实验测试,并与仿真结果进行了对比,两者基本吻合,验证了有限元模型的可靠性.此外,研究结果表明,采用直径较大的PZT,可以明显减低振子的谐振频率,且在相同的激励下,获得的应变较小.     

数字式压电振子厚度机电耦合系数测试仪

本文根据脉冲响应电压测试压电振予厚度机电耦合系数k_i原理推导了新的计算公式,由于该公式较简单,仅需借助袖珍计算器即能计算,用这种方法对一些样品测试的结果与通常的方法比较非常相近。根据这种方法设计了数字式压电振子厚度机电耦合系数测试仪,它包括模拟取样电路和带可编程序计算器的数字电路,该测试仪器对样品要求较宽,测试迅速,而且其中数字控制电路可推广到其它测试仪器。     

一种振子移动式直线压电电机设计

压电电机是一种新型微电机,依靠振动和摩擦驱动,工作不需磁场也不产生磁场,在医疗、空天等领域有着特殊用途。提出一种振子移动式直线压电电机结构,以高强度夹心换能器作为振子基体,利用一阶纵振作为工作模态,容易实现且可产生较大的驱动力。采用振子移动式结构可以节省电机的工作空间,有利于空天领域的应用。     

悬臂梁双压电晶片振子发电性能研究

以双压电晶片振子为研究对象,对悬臂梁式双压电晶片振子在正压电效应下电压输出特性进行了有限元分析与试验研究,给出了压电晶片在悬臂梁上的最佳粘贴位置,并且利用有限元分析软件建立了悬臂梁双压电晶片振子的有限元模型,进行了结构尺寸参数对悬臂梁双压电晶片振子输出电压影响规律的仿真分析;利用压电陶瓷发电能力测试系统进行了试验测试,通过仿真和试验结果对比分析,得出了结构尺寸参数对悬臂梁双压电晶片振子发电的输出电压影响规律。     

周期结构压电振子低频宽带特性分析

已知压电振子只有处于共振状态才能保证电能的输出水平,但环境中的振源频率远低于普通压电振子的固有频率。对于两种周期结构悬臂梁,建立其理论模型,分别通过数值仿真软件与有限元软件求解其固有频率。结果表明,折叠梁的固有频率对梁段数的增加更为敏感,在梁段数较高的情况下折叠梁的固有频率较低,低频俘能性能优于螺旋梁,但是其各阶模态固有频率之间的跨度较大且不平均,能够与环境中振源频率匹配的模态阶数较少,其宽频俘能能力不如螺旋梁。     

圆形压电振子的理论分析与应用研究

为了研究圆形压电振子的振动与输出性能,对圆形压电振子进行了理论分析与应用研究.首先对圆形压电振子的组成及工作机理进行了阐述;然后对圆形压电振子进行了弹性振动分析,推导出压电振子弹性振动挠度表达式,得到影响压电振子弹性位移的影响因素;最后将圆形压电振子作为气体隔膜泵的驱动力源进行实验测试.结果表明,圆形压电振子用在气体隔膜泵上能实现较好的驱动,系统输出流量高、驱动压力大.验证了用这种圆形压电振子实现微小型系统驱动是可行、有效的.     

板式直线压电振子的拓扑优化与实验

为了提高直线超声电机的性能,采用拓扑优化方法设计了板式直线压电振子的拓扑结构.首先,在不改变电机几何外形尺寸的情况下进行原型机的拓扑优化分析;其次,对原型机和拓扑优化电机进行模态分析和谐波响应分析;最后,进行了原型机和拓扑优化后电机的机械性能测试.由实验结果可得:原型机最大输出力为1.5 N,采用拓扑优化设计的定子结构...     

基于压电振子的毛细管尖端切割方法研究

针对生物医学等领域对毛细管的制造需求,提出了一种利用压电振子的振动与冲击,对毛细管尖端进行切割,使尖端发生断裂形成通道的方法。通过基于激光加热的毛细玻璃管拉伸系统拉制成尖端堵塞的玻璃管,设计出玻璃基毛细管尖端切割装置。利用压电振子的振动与固定刀片,对毛细管尖端的两侧施加位移载荷,使毛细管尖端发生断裂形成通道,并对其内径与外径进行测量,其尖端内径小于1μm。     

用于履带驱动的压电振子接触摩擦行为

为了提高传统压电振子驱动履带运动的工作效率以及运行速度,对压电振子的工作模式进行了改进。利用压电振子圆环部分绕节圆的扭转振动替代弯曲振动,将两个扭转振动驻波合成扭转振动的行波,获得了更适合压电振子驱动履带运动的工作模态,以提高压电振子的驱动效率。新的工作模式不仅增加了压电振子与履带的接触区域数,同时也减小了圆环部分的行波波谷与履带接触造成的能量损耗。通过有限元分析对压电振子进行了设计,制作了原理样机并进行了接触、摩擦行为实验分析。研究了不同预压力作用下,压电振子在不同硬度、粗糙度的履带材料表面上的运动特性,发现：材料的硬度越大,压电振子的负载能力越强;存在一个硬度、粗糙度、预压力之间的最佳搭配,使得压电振子运动速度达到最大。实验结果为后续的履带设计以及驱动系统的整体优化奠定了基础。     

用于振动输送的一种压电环形振子

基于环形振子面内弯曲振动模态,提出将行波直线超声电机的长环型振子用于小块体物料的振动输送技术,研制出一种具有宽输送面的不对称压电输送振子,并对该振子进行了振动测试和实物输送实验研究。