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。     

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.     

行波型超声波电动机的模型研究

基于功能转换与守恒原理,根据行波型超声波电动机的特殊结构,借助于行波型超声波电动机定子环表面 的作用力、定子环的波动速度、定子环的机械损耗和定子环对转子环的推动力,按照两种不同的转子材料,从行 波型超声波电动机的物理机理出发,分析和推导了在两种不同的运动状况下转子环存在的功率损耗和转子环的输 出转矩,从而建立了行波型超声波电动机的转矩平衡方程,为行波型超声波电动机的控制提供了实用的数学模型。     

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。     

2自由度球形行波型超声波电动机的特性计算模型

理论和试验研究2自由度行波型超声波电动机的机械特性计算问题.分析2自由度行波型超声波电动机空间结构关系和定转子接触面的摩擦力.利用空间位置关系,计算得到了行波定子和球转子接触面上任一点的摩擦驱动力和摩擦阻力.根据运动稳定时行波定子轴向力平衡关系,推导给出2自由度球形行波型超声波电动机的特性计算解析式.通过研制的样机进行理论和试验分析,证实计算模型有效性和准确性,并分析各种电动机参数对输出机械特性的影响.研制的样机实现最大堵转转矩达0.10 N·m,空转转速为90 r/min左右.研究工作为下一步球形行波型超声波电动机的设计、优化和控制提供了理论基础.     

行波型超声波电机及其研究

超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应工作的新原理微特电机。与传统电磁型电机截然不同,其驱动力矩并非南电磁感应产生,而是由压电陶瓷超声频域的振动转化而来。该文从振动理论出发,成功设计制作了一台行波型超声波电机的样机,并对样机的性能进行测试和分析,得出了提高这种电机性能的关键参数。     

超声波电动机定子和转子接触状态的数值分析

提出了一个描述行波超声波电动机定子和转子接触的简化模型,用有限元法计算了摩擦材料的弹性模量和动摩擦因数对定子和转子接触状态的影响。建立了在一定接触条件下与定子接触的摩擦材料的变形和其弹性模量的关系。测试了摩擦材料性能对超声电动机堵转力矩的影响。根据数值计算结果和试验确定的摩擦材料性能,得到了更精确的摩擦材料的接触变形范围,为摩擦材料的选择提供了依据。     

不同晶型SiC_p对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用加压烧结法制备含有不同晶型SiCp的铜基粉末冶金摩擦材料,研究不同晶型SiCp对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:不同晶型SiCp对铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能的影响不同。摩擦材料的摩擦因数随着β-SiCp加入量的增加而升高,当β-SiCp的质量分数超过6%时,在摩擦过程中材料和对偶发生严重磨损;α-SiCp含量对铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能影响不显著;当SiC颗粒的质量分数为2%~6%时,β-SiCp相比α-SiCp更适合作为摩擦组元用于铜基粉末冶金摩擦材料中。     

基于能量等效的行波型超声波电动机解析模型

提出一种基于能量等效的行波型超声波电动机稳态特性分析计算的解析模型.首先通过能量等效原则将压电复合定子环简化成复合等直梁模型,综合考虑压电复合定子的转动惯量和剪切变形的影响,利用铁木辛柯梁振动理论得到电动机定子振动的频率方程和强迫振动稳态解:其次,对电动机定、转子接触面的滑动状况进行分析,利用弹性接触理论确定了定、转子接触面的力传递模型和效率表达式,通过把定、转子接触面的摩擦损耗和转子的输出功率视为定子强迫振动的等效阻尼损失,由此建立电动机的机械特性和输出功率表达式;最后,仿真和试验分析了不同电动机结构和材料参数以及定子预压力、驱动频率和摩擦层厚度等对电动机振动特性和机械特性的影响,试验证明了该模型的有效性和适用范围.     

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     

超声马达定子磨损行为研究

利用自制的超声马达摩擦特性模拟试验台 ,研究了接触预压力和负载力矩对超声马达定子磨损状态的影响 ,提出用绝对转差率 Sf描述定子和转子相对滑动速度变化率。借助于光学显微镜对定子磨损机理进行了分析。结果表明 ,马达定子磨损特征的变化与接触预压力和负载力矩有关 ,可以用 Sf表征。当 Sf<0 .3 4时 ,定子齿面主要表现为表面抛光磨损特征 ;当 Sf>0 .52时 ,定子齿面出现较严重的犁沟磨损特征。     

基于DDS技术的行波超声电机电源

针对行波超声电机对驱动电源要求,设计了基于直接数字波合成技术(DDS)的超声电源.实现了稳频和精确调整输出信号频率和相位差的功能.实验得到了1 Hz的频率调整精度和1°的相位调整精度.     

行波超声电机理论建模及优化设计的研究进展

超声电机是一个复杂的机电耦合系统,其理论模型是电机设计中的重点和难点。本文对近20年来旋转型行波电机的理论建模进行了较全面总结,提出现今面临的新课题。提出经过子系统分析在状态空间中建立整个系统理论模型的思路,该模型将使超声电机的性能预测更准确更方便,为超声电机的优化设计打下基础。     

直线型行波超声马达的研究

从理论上证明了用于直线型行波超声马达的波形成的可行性。并用制作的两个超声压电换能器、自由－自由梁和滑块组成了一台直线型行波原型超声马达。试验表明：这台直线型原型超声马达能作直线往复运动。     

旋转型压电行波超声马达的驱动与控制技术

压电行波超声马达是一种由高科技发展起来的全新概念产品，它利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动，将定子的微观变形通过共振放大和界面摩擦，转换成转子的宏观运动。     

环形行波式超声马达的输出特性及实验研究

在假定超声马达的定子与转子的接触形式符合刚体与分布弹簧模型的条件下，通过对超声马达定子的振型、固有频率以及强迫振动的分析，导出了定子表面振幅与激振参数的关系，进而建立了超声马达的数学模型。实验结果证明了理论分析的有效性。     

聚四氟乙烯基超声电机转子摩擦材料性能研究

制备聚苯酯、碳化硅微粉及玻璃纤维填充聚四氟乙烯基超声电机转子摩擦材料,研究填充剂对复合材料力学、摩擦学性能及超声电机机械特性的影响。结果表明:POB、玻璃纤维、碳化硅微粉均能提高PTFE复合材料的硬度、弹性模量和耐磨性。在本文研究的范围内,质量分数20%玻璃纤维填充的聚四氟乙烯复合材料具有较低的摩擦因数和磨损率,使用该复合材料时超声电机具有较低的堵转力矩和较高的空载转速,且运行稳定,噪声较低。     

驻波型超声波电机及其驱动系统的实验研究

根据振动理论和单相驱动驻波超声波电机的运行机理，进行了该类型超声波电机样机和驱动系统的设计。通过实验，分析了谐振频率、输入电压和预压力时电机特性的影响。     

行波超声马达传动机理的研究（一）——运动传递机理及定子中存在弯曲行波的条件

首先基于几何分析法研究了压电行波超声马达的运动传递机理，重点分析了驻波的产生和行波的合成原理，与转子相接触的定子表面质点的椭圆运动。然后基于弹性动力学方法研究了在定子中存在弯曲行波的条件，得出旋转型压电行波超声马达定子中弯曲行波的产生是基于同频和同节线的两个正交弯曲振型的叠加规律，提出了对圆形薄板圆形对称的基本结构要求