超声波电动机接触界面梯度设计模型

超声波电动机是依靠定转子接触界面间的摩擦传递动力的新型驱动器,摩擦材料作为接触界面的重要组成部分,它的设计和磨损控制是超声波电动机的关键问题.建立一个超声波电动机定转子简化接触模型,研究摩擦材料磨损对定转子接触参数与驱动摩擦力的影响,得出保持接触宽度稳定时,摩擦材料磨损后应具有的性能,提出设计超声波电动机梯度摩擦材料的构想,并建立梯度摩擦材料理论结构模型.模拟分析表明:超声波电动机摩擦材料的弹性模量应具有在法向上由表及里呈现梯度递减的趋势,可保持定转子接触宽度的稳定,维持超声波电动机输出性能,延长超声波电动机性能寿命,为超声波电动机摩擦材料选择与研究开辟新领域.     

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。     

粘弹性接触层在定子表面的行波超声电动机接触模型

针对摩擦材料粘贴在定子表面的设计问题,假设转子为刚性体,定子表面摩擦材料为粘弹性材料,提出一种新的行波型超声电动机粘弹性接触模型。在建模中,考虑接触层惯性的影响,引入定子接触层的切向和法向等效质量的概念,并修改接触区域的边界条件。应用牛顿力学定律,推导出接触界面的驱动方程。该模型不仅可以模拟分析定子和转子接触区的法向压力和切向速度分布,模拟计算超声电动机的负载特性和传动效率,而且还可以研究定子和转子接触界面参数对超声电动机输出特性的影响。基于所建立的接触模型,利用Matlab方法,模拟分析一种行波超声电动机的负载特性,并与试验结果进行了比较。结果表明,数值计算的电动机负载特性与试验结果基本一致,证实驱动模型的合理性。     

应用超声波与计算机对摩擦副接触状态的实时探测

摩擦副接触状态是确定摩擦特征的基本因素,对摩擦学研究有重要意义。电接触法是过去常用的测试手段。然而,电接触法中,由于接触电阻与接触面积不成比例,不能精确的反映实际接触状态。鉴于电接触法的局限性,作者研究了超声波方法。在过去开展的超声波-电模拟记录法基础上,进行了超声波-计算机数字记录研究。试验结果表明,这种方法比前一种更能细腻的记录瞬态过程,是研究动静摩擦过渡过程的办法。     

滑动接触中摩擦发热的数值分析

在滑动接触中，存在摩擦起热问题，运动机理对接触行为参数特性的影响不同于纯滚动接触，采用有限元方法，利用ANSYS软件，对2维滚滑模型进行分析，通过研究接触区的温度，接触应力和变形在运动学状态下的变化特性，可以看到接触状态的非稳定性必定会造成实际摩擦状态的不同，这也是形成接触表面不均匀磨损的原因之一。     

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。     

超声波电动机定子非线性特性的时频分析与工作模态快速确定

分析目前超声波电动机定子工作模态设计试验方法的不足;分析非线性系统频率响应特征;分析非线性系统隐含于线性调频激励响应中的非线性信息,指出在超声波电动机定子特征频率分析中引入时频联合分析方法的优越性。在所开发的超声波电动机面内振动测试系统中,用时频分析方法获取定子线性调频激励下的振动响应时频谱,可以方便快速地揭示定子的特征频率和定子的非线性信息,为判定超声波电动机定子是否存在非线性特性从而为合适工作模态的快速确定提供科学依据。     

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.     

超声波电动机胶粘技术及其对定子特性的影响

针对行波型超声波电动机定子压电陶瓷(Piezoelectric,PZT)的胶粘问题,通过对定子的机电耦合效应有限元动力学模型的分析与计算,研究了胶粘层材料特性、厚度对超声波电动机定子振动特性的影响。重点分析不同激励条件下定子边缘缺胶和夹有气泡对胶层的抗剪切能力和定子振动特性的影响;分别从改进电动机定子结构和PZT粘结工艺方面探讨了提高胶粘层抗剪切能力的措施,确定了胶层最佳参数和电动机定子胶粘工艺及结构优化设计思想。结果表明：胶层厚度对电动机定子频率影响不大,但对其振动特性的影响较大,在保证可靠的粘结强度下降低胶层厚度有利于提高电动机性能。基于该工艺和设计思想研制的直径80 mm行波型超声波电动机性能稳定,堵转力矩达到1.2 N·m,空载转速80 r/min,研究结果有助于超声波电动机的产业化。     

超声波电动机研制的关键技术

本文从超声波电动机的基本工作原理出发,以行波型超声波电机为例,就超声波电动机的功能材料、结构设计和控制机理等进行了较详细的阐述,并指出了超声波电动机研制技术的关键。     

设计工况下离心压气机内部动静部件耦合非定常流动的数值模拟

以设计工况下离心压气机内部动静部件耦合的非定常流场为研究对象,采用ＰＩＳＯ算法求解了包含绝对速度与相对速度的、统一形式的运动方程组。计算结果与试验测量结果比较,说明计算结果是可靠的;计算结果同时说明,只有采用非定常算法,才有可能较好地描述动静部件耦合的流场。     

行波型超声电动机定子振动模型及其驱动设计

利用复合梁振动理论对典型结构的行波型超声波电动机(TWUSM)的振动特性进行了研究。根据定子结构的特点,将定子简化为一系列简支梁,由此建立了描述定子在逆压电效应作用下的强迫振动模型。此外,该模型还考虑了粘滑阻尼转矩和外部阻尼力的影响。最后借助于广义模态方法对该方程进行了求解,从而获得了在不同控制变量和不同结构参数下TWUSM的振动特性。为验证模型的准确性,设计制作了一台TWUSM样机和专用驱动器。样机试验结果与模型的仿真结果具有较好的一致性,从而验证了模型的有效性。     

管道腐蚀缺陷超声导波检测数值模拟研究

简述管道导波检测理论基础.运用有限元分析法,对目前现场检测中应用的L(0,2)及T(0,1)模态导波在管中传播过程进行数值模拟研究.在模型的特定部位删除部分单元模拟腐蚀缺陷,分别对管一端加载轴向和切向瞬时位移载荷模拟L(0,2)模态和T(0,1)模态入射波,计算得到管道的瞬时动力学响应,对回波信号作频谱分析.计算结果表明,缺陷位置可以根据缺陷处回波信号到达时间和波速确定.给出缺陷回波反射系数与缺陷横截面积各影响因素之间的关系曲线,可以近似判定缺陷的几何尺寸.并提出以回波信号对缺陷横截面尺寸大小的综合灵敏度来检测、评价管道腐蚀缺陷的思路.     

板料冲压加工数值模拟中接触摩擦问题的研究

在分析汽车覆盖件形状特征及冲压过程接触状态变化的基础上,提出了基于微分几何和参数曲面的外推式逐级扩散搜索新算法,该方法避免了大量重复接触点的判断和点与曲面之间最短距离的计算,提高了搜索效率。用修正的罚函数法和库仑摩擦定律分别对接触点的法向接触力和切向摩擦力进行计算,并根据接触单元的形状实现了接触力从被接触点到接触单元节点的转化。通过算例分析验证了所用方法的可行性和有效性。     

大型汽轮发电机定子端部绕组的动态仿真模型

将定端的园锥型编织网壳及支承简化为连续锥壳—板组合结构,分别建立具有各向同性、正交各向异性和各向异性体材质的定端结构的参数化动态仿真模型,根据实际结构的试验模态参数,运用结构动力学优化方法,在ANSYS平台上进行了仿真研究,获得了较为精确的定端实际结构的动态仿真模型。对定端支承板系统进行了动态优化设计,获得了较为满意的结果。     

双螺杆压缩机转子型线设计与数值模拟

阴、阳转子型线是双螺杆压缩机性能的重要决定因素,但其设计时常出现型线修改、实验搭建不便等难题。针对以上问题,将NURBS曲线和数值模拟技术应用于设计中。以单边不对称摆线—销齿圆弧式转子型线为基础,应用NURBS曲线构建新型转子齿廓线,并给出曲线方程;建立压缩机流体模型,运用Fluent软件模拟其额定转速下的压强与流速,通过比较分析得出新设计的有效性,为最终优化获得性能优良转子型线提供参考。搭建实验验证此设计方法的可靠性与便捷性。     

发电机运行状态对定转子径向振动特性的影响分析

分析隐极同步发电机定转子径向振动随发电机运行状态的变化规律。首先通过分析不同运行状态时发电机电磁关系、电枢反应特性,以及正常运行时作用于定子的脉振电磁力特性和作用于转子的不平衡电磁力特性,分别得到定子径向倍频振动和转子径向工频振动在励磁电流一定时随发电机有功功率的变化特征,以及有功功率一定时随励磁电流的变化特征。实测了SDF-9型隐极同步发电机定转子振动信号,与理论分析结果基本吻合。另一方面也揭示基于振动特征诊断发电机故障时,必须考虑发电机的运行参数和运行状态,否则其诊断结果在实际应用中是不完整的。