一种新型杆式行波型超声电机的研究

以提高新型杆式超声电机转速、负载能力和能量转换效率为目标 ,对电机定子、转子的结构和接触模型进行了研究。以有限元分析计算为基础提出了新的电机定子结构 ,使定子在定子、转子接触面处的振幅加大 ;提出并应用了柔性转子的概念 ,使定子、转子在接触面上的径向相对滑动大为减小。用实验方法对电机机械性能进行了测试和分析 ,得出电机定子 (兰杰文振子 )的预压力以 2 0 0 0N左右为佳 ,定、转子间最佳的预压力 35N。实测工作频率为 38.7kHz时 ,无负载转速为 2 2 5r/min ,堵转力矩为 4 2N·m ,达到了设计要求     

大力矩应力型纵扭复合超声电机

研究了一种双转子应力型纵扭复合型超声电机,对该电机进行了结构设计,提出了纵振压电陶瓷片全部放置在定子端面上的结构,同时深入分析了电机的工作机理。利用有限元分析软件ANSYS详细分析了影响定子1阶扭振模态和电机整体2阶纵振模态的结构参数,并提出了针对应力型纵扭复合超声电机的模态频率一致性的设计方法。对研制出的Φ20 mm双转子应力型纵扭复合超声电机样机进行了振动特性以及使用不同预压力弹簧时的负载特性实验研究,结果表明:电机的纵振特性与施加在转子上的预压力有关;使用非线性预压力弹簧时,电机输出负载特性较好,其中Φ20 mm样机的堵转力矩达到了1.28 N.m。     

准静态工况下渐开线直齿轮齿面磨损建模与分析

根据Hertz理论和Archard磨损公式,建立面向真实工况的直齿圆柱齿轮准静态磨损模型,并对其齿面磨损特性进行了数值仿真。计算表明,理想工况下直齿轮副齿面沿齿宽方向均匀磨损,其在节圆附近的磨损量最小,而在小齿轮靠近齿根部位的磨损量最大;当存在啮合偏差时,齿面磨损深度沿齿向不再均布。在此基础上,进一步分析了负载工况和磨损循环次数对齿面磨损量的影响。分析表明,负载转矩和循环次数对齿面磨损量影响显著,近似呈指数映射关系。当以减磨延寿为齿轮设计目标时,必须计入负载工况和齿轮役期的影响。最后,分析了齿轮啮合偏差和微观修形对齿面磨损量的影响。研究表明,从改善齿面载荷分布和减缓齿面磨损角度考量,应严控齿轮啮合偏差量,并可通过制定合适的齿面修形策略来减缓齿面磨损失效。     

具有轴间倾角的鼓形齿联轴器啮合状态及受力分析

为了分析鼓形齿联轴节存在轴间倾角情况时,内外齿的啮合特点以及产生的附加力矩,采用几何分析方法,计算得到齿面最小周向间隙作为内外齿接触条件,分析不同轴间倾角时内外齿接触对的接触点位置和齿面间隙;根据赫兹接触理论计算齿面接触点渗透量和接触力,从而计算联轴节的附加力矩。结果表明:轴间倾角存在使得内外齿啮合沿周向呈现不均匀分布,轴间倾角和齿面鼓度半径越大,其变化幅度越明显。当扭转力矩为额定转矩4 000 N·m,轴间倾角为1.1°,相对齿面接触力系数为3.3;接触齿对数大约占齿数的2/3。且扭转力矩越大,轴间倾角越小,接触的齿对数会逐渐增加直至全部接触。齿面接触点位置的偏移引起附加力矩使得联轴节产生绕垂直于轴线方向的转动趋势,计算条件下附加力矩约占扭转力矩的6%~15%,且随轴间倾角的增大而增大。     

射流管电液伺服阀专题讲座

当供油压力及负载压力为一定时,输出到负载的流量与阀芯位置成正比. 2.3 射流管阀工作原理 射流管式伺服阀的原理图如图1.2.力矩马达采用永磁结构,弹簧管支承着衔铁射流管组件,并使马达与液压部分隔离,所以力矩马达是干式的.前置级为射流放大器,它由射流管与接受器组成.当马达线圈输入控制电流,在衔铁上生成的控制磁通与永磁磁通相互作用,于是衔铁上产生一个力矩,促使衔铁、弹簧管、喷嘴组件偏转一个正比于力矩的小角度.     

基于叶顶曲率半径变化的变量叶片泵叶片-定子副润滑数值分析

针对叶片泵叶片-定子副在预卸压区中易发生对偶面间直接接触而加剧磨损的状况,通过分析叶片-定子副在预卸压区中的润滑状态,建立了叶片-定子副的弹流动压润滑模型,并数值模拟了接触区内压力分布,结合叶顶曲率半径和叶顶承载面积的变化对叶片-定子副间力学特性的影响,分析了叶顶曲率半径和叶顶承载面积的变化对动压油膜润滑性能的影响。结果表明：叶片-定子副处于预卸压区末端时润滑状况最差;承载面积的变化对叶顶载荷和润滑性能的影响不容忽视;增大叶顶半径后能改善摩擦副的润滑状态,许可范围内随叶顶曲率半径增大,接触区内油膜压力分布更趋均匀,叶片-定子副间的润滑状况也更加稳定可靠。     

径向双球塞柱塞马达广义椭圆定子曲线导轨的分析与设计

针对常规径向液压马达存在定子导轨曲线绘图精度低且过程繁琐、曲线导轨磨损严重的问题,提出了一种采用广义椭圆定子曲线导轨的双球塞结构的液压马达。广义椭圆定子曲线延展性好,在一定程度上可以解决常规径向液压马达定子导轨曲线绘图精度低且过程繁琐的问题;双球塞结构增大了球塞与定子曲线内壁的接触面积,一定程度上可以解决常规径向液压马达导轨磨损严重的问题。当作用次数为5~12,长、短轴比例系数为1.07~1.18时,该类型球塞马达可以获得较为优异的输出性能。     

行波超声电机定、转子接触状态试验分析

行波超声电机的接触模型是建立在定、转子是光滑接触表面的假设上,而实际中定、转子的接触面是粗糙的.针对这一问题,通过试验研究行波超声电机定子表面摩擦层在预压力下的变形规律;利用Polytec公司PSV-300F-B型高频扫描激光测振系统测试工作状态下的定子振动的频率、幅值和速度随预压力变化的规律;并利用电接触法测试定、转子的接触状态.试验结果表明,Ф60行波超声电机的预压力在100 N以上,此时摩擦层的变形量同自由定子(未加上转子)的振幅在同一个数量级上;在预压力下定子的振动幅值和速度大幅下降;工作中定、转子不会产生脱离.这说明传统的接触模型不能够正确地反映定、转子的接触状态.     

基于摩擦正交实验的连续回转电液伺服马达定子材料的选择

为了降低摩擦对连续回转电液伺服马达低速性能的影响,根据马达定子及叶片的耐磨性要求,从多种常用于马达定子的材料中筛选出3种材料,采用正交实验设计思想,在不同硬度、表面粗糙度及不同压力的情况下,利用MPX200型盘销式摩擦试验机进行摩擦磨损实验,通过极差分析方法得到对摩擦系数影响最大的因素为定子内表面粗糙度;并利用Dimension 3100型原子力显微镜(AFM)观察分析了3种材料的磨损表面.结果表明,定子材料为Cr12MoV,叶片材料为W18Cr4V时,其摩擦系数及磨损量最小,Cr12MoV磨损表面呈轻微的犁沟现象,符合马达定子工况要求,为大排量超低速连续回转电液伺服马达的设计及加工提供了参考依据.     

行波超声马达带齿定子固有振动频率解析

提出了一种用于计算行波超声马达带齿定子固有振动频率的解析算法。该法重点考虑了带齿梁弯曲变形的具体特点及高阶振动时定子齿的转动惯量对定子固有频率的影响 ,推导了相应的振动微分方程 ,解算出了带齿定子梁的固有振动频率 ,实验证明是一种行之有效的方法。该方法便于分析固有振动频率对各参数变化的敏感性 ,对马达最终驱动频率的确定、定子尺寸的设计及材质选取等优化问题具有指导意义     

超声波马达的真空和温度特性研究

研究了超声波马达在非常状态下的驱动行为,选取了5种工程塑料作为转子摩擦材料,利用真空试验机和自制的与其相匹配的超声波马达模拟试验台,采用对比试验方法,研究了接触预紧力、真空度和环境温度等对行波型超声波马达的驱动特性的影响。结果表明,随着预紧力和真空度的增加,马达的堵转力矩增加而空载转速下降;随着环境温度的增加马达的空载转速下降。运用声学理论分析了真空度对接触状态的影响,得出声悬浮作用使定子和转子的动态接触力减小的结论。在真空状态下,超声波马达的堵转力矩比常态下提高的主要原因是声悬浮作用降低引起定子和转子的动态接触力增加所致。     

A new tribometer for friction drives

Friction drives have great potentials in future small-sized machines for their unique features, such as no-noise operation and high position accuracy coupled with simpler design. One of the main challenges of a friction drive is to find suitable material pair for the driver and follower components such that there is no slip and/or wear at the frictional contact regions. In this paper, we present a new tribometer that can be used to study the performance of a material for friction drive applications. The design and fabrication of the apparatus are presented with initial test results conducted to investigate the power efficiency and wear performances of several polymer and metal samples. Our results show that for a fixed power transmission torque, there exists a critical pre-load between the drive components at which the wear and slip are maximum and the value of critical pre-load is independent of the material. Both wear and slip can be minimized to near-zero if an optimum pre-load, which is higher than the critical pre-load, is applied between the two components.     

圆柱形三自由度超声电机输出性能的仿真设计

研制了一种基于两个二阶弯振模态和一个一阶纵振模态的圆柱形三自由度超声电机.其定子的长度、直径和质量分别为20 mm,56 mm和130 g;转子直径为25 mm;转子绕X、Y和z-轴的空载转速分别为33、35和66 r·min-1,堵转矩分别为24.8、36.6和30.2 mN·m.根据圆柱形三自由度超声电机的结构和工作原理,建立了它的输出性能仿真数学模型.用有限元方法对定子进行结构动力学分析,得到定子上各驱动点的工作频率和工作振幅,计算驱动点的位移和速度;假设定子和转子是弹性接触的,即定、转子之间的接触点由一系列弹簧相连接,根据定、转子的相对运动和胡克定理,计算出每个接触弹簧的变形和弹性力;计算定、转子之间的摩擦力;进而计算出电机的输出力矩、功率损失和驱动效率.根据所建立的数学模型,用MATLAB软件编制了仿真设计程序,计算出电机的输出性能,并与实验结果进行了比较和分析.实验显示,当输出转矩较小时,仿真结果与实验结果符合良好;随着输出转矩的增加,二者之间的误差逐渐增大,而且实验值小于仿真值.结果表明,实际输出性能的下降是由定、转子之间的打滑造成的.电机输出性能仿真的实现,将为电机的性能预估和优化设计打下理论基础.     

基于消除线性滑动的杆状超声电机研究

研究了外圆面质点线性滑动及振幅分布对提高杆状弯曲振动超声电机驱动效率的影响。系统分析了质点的有效椭圆运动及线性滑动的特点,得出杆状弯曲振动超声电机定子的外圆面中点无线性滑动的结论;采用有限元分析方法分析定子表面质点有效椭圆运动振幅分布与其几何参数之间的关系,并据此对定子进行了参数优化,使定子振幅相对集中在中点位置,以提高电机效率。研究结果为采用中点驱动模式电机的设计提供了理论依据。     

超声波驱动的摩擦特性研究

采用自制的模拟超声马达定子齿椭圆振动的超声驱动模拟试验装置，研究了接触预压紧力和两相超声波振动的激励电压峰峰值之比对超声驱动的摩擦特性的影响。结果表明：在超声波振动驱动条件下，每一种摩擦材料都存在最佳的预压紧力和激励电压的组合。     

基于粘弹性接触模型的行波型超声波电动机特性模拟

基于粘弹性摩擦层在定子表面的行波超声波电动机接触模型,利用MATLAB方法,模拟分析了摩擦材料的厚度和弹性模量对电动机特性的影响。分析结果表明,摩擦材料厚度越小,弹性模量越大,电动机的负载特性越好。当摩擦材料的厚度在0．5 mm以下、负载力矩在36 N·mm以上时,界面转换效率值较高。而当磨擦材料的厚度在0.2 mm左右时,界面转换效率有一个最大值。因此,摩擦材料的厚度一般应选择0．2 mm。当摩擦材料的弹性模量大于1．5 GPa时,在较大的负载力矩范围内,电动机的界面转换效率均较高,因此电动机具有较好的驱动能力。这些结果对电动机摩擦材料的选择有一定的理论指导意义。最后将此模型与现今研究较多的柔性转子和刚性定子模型进行了比较。结果表明,以此模型为基础的行波型超声波电动机可以获得较大的输出力矩。     

MRAS state estimator for speed sensorless ISFOC induction motor drives with Luenberger load torque estimation

This paper presents a novel method for estimating the load torque of a sensorless indirect stator flux oriented controlled (ISFOC) induction motor drive based on the model reference adaptive system (MRAS) scheme. As a matter of fact, this method is meant to inter-connect a speed estimator with the load torque observer. For this purpose, a MRAS has been applied to estimate the rotor speed with tuned load torque in order to obtain a high performance ISFOC induction motor drive. The reference and adjustable models, developed in the stationary stator reference frame, are used in the MRAS scheme in an attempt to estimate the speed of the measured terminal voltages and currents. The load torque is estimated by means of a Luenberger observer defined throughout the mechanical equation. Every observer state matrix depends on the mechanical characteristics of the machine taking into account the vicious friction coefficient and inertia moment. Accordingly, some simulation results are presented to validate the proposed method and to highlight the influence of the variation of the inertia moment and the friction coefficient on the speed and the estimated load torque. The experimental results, concerning to the sensorless speed with a load torque estimation, are elaborated in order to validate the effectiveness of the proposed method. The complete sensorless ISFOC with load torque estimation is successfully implemented in real time using a digital signal processor board DSpace DS1104 for a laboratory 3 kW induction motor.     

行波型超声波电动机摩擦材料的寿命预测模型

针对转子摩擦材料与定子的动态接触过程,提出摩擦材料的磨损是由定子上的波峰一次次包络而产生。借助行波型超声波电动机定子和转子的粘弹性接触模型,推导出法向压力分布和定子与转子相对滑动速度函数,代入Archard经典磨损计算公式,建立了行波型超声波电动机摩擦材料的磨损寿命预测模型。在建模中,利用了行波中位移和时间参数之间的特定关系,分析定子和转子的接触区间大小,并考虑摩擦材料厚度变化。基于所建立的模型,模拟迭代出一种行波型超声波电动机的摩擦材料磨损寿命预测曲线。结果表明,磨损寿命预测曲线与试验结果相一致,证实了预测模型的合理性。     

非晶合金定子铁心对再制造电机性能的影响

为提升电动汽车永磁同步电机再制造性能,采用低铁损非晶定子铁心替换了旧电机硅钢定子铁心。基于2D有限元模型,分析了额定转速下,同尺寸非晶定子铁心替换对再制造电机空载、负载性能的影响。替换后,再制造电机的效率提升1.8%,额定负载转矩减小6%。对再制造电机中非晶合金定子铁心槽型尺寸及绕组结构进行了优化。与旧电机相比,优化后的再制造电机效率提高1.9%,额定转矩不变,试验验证了仿真结果的正确性。