预压力对超声波电机特性的影响研究

为了降低旋转行波型超声波电机（TWUSM）运行过程中产生的噪声，研究了预压力对TWUSM模态频率以及噪声特性的影响.利用D’Alembert原理和假设模态法，建立了受预压力作用下TWUSM定子的一维振动模型和频率方程，通过分析该模型和频率方程，研究了预压力对TWUSM模态频率的影响.利用Hamilton原理和应力-应变、应变-位移及电势-电场之间的关系，推导了TWUSM定子的有限元(FEM)模型，研究了预压力对TWUSM振动模态混叠以及噪声特性的影响.结果表明,TWUSM模态频率随预压力的增加而升高，增加预压力可以避免TWUSM出现模态混叠现象和抑制TWUSM噪声强度.     

新能源车永磁同步电机定子振动分析与结构优化

采用电磁振动联合仿真分析的方法,对新能源车8极48槽永磁同步电机振动进行研究,利用Maxwell电磁分析软件建立电机2D模型,得到引起电机振动的主要来源——径向电磁力的时空变化曲线.利用ANSYS有限元分析软件将计算得到的电磁力作为激励源耦合到电机的定子齿表面进行振动仿真分析,发现定子在受到4 300 Hz的激励频率时,振动加速度幅值明显高于其他频率;利用计算模态分析法求解对电机定子的前8阶模态参数,发现引起定子振动幅值最大处的激励频率恰好与定子第7阶模态频率相近;对定子进行结构优化,结果表明,定子表面加速度幅值明显减小.分析结果可以为后续的电机磁路设计和结构优化设计提供数据参考.     

直流无刷电机定子总成振动特性分析

以世博电动小车驱动电机为研究对象,在有限元分析软件ANSYS中建立了电机定子总成的有限元模型,通过试验进行了模型验证.并使用ANSYS对定子进行了模态分析,获得定子的模态振型和模态频率.进一步研究了定子总成中各组件对定子振动特性的影响,详细对比分析了加入不同组件后定子模态振型和频率的变化情况.此项工作有助于电机的进一步...     

新型压电输送振子振动模态有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件,对用于行波型超声物料输送装置的压电输送振子进行了模态分析,讨论了压电输送振子结构参数对振动模态的影响,为压电输送振子进一步的结构参数修改提供了指导,为行波型超声物料输送装置的设计奠定了基础。     

环状压电超声电机的多频率驱动分析与实验

针对压电超声电机的多频率驱动问题进行研究,设计并制作了利用定子内圆周面驱动的环状压电超声电机,明 确了利用行波驱动电机转子的机理。通过有限元计算给出了电机定子所用弯曲模态的振型与位移云图。以计算结果为基础, 分析了电机所用的压电陶瓷片的极化分区与定子弯曲模态激发之间的关系,得出了所用的压电陶瓷片能够实现电机多频率转 动的结论。完成了所研制的超声电机的多频率驱动实验。实验结果表明,电机能够实现在多频率点的转动。依据本文分析思 路,可以对其他结构形式的超声电机的多频率驱动问题进行研究。     

液体静压油膜-转台系统的模态分析及参数影响

为了使液体静压油膜-转台系统运行平稳,减小其振动,根据实际工程状况,建立了液体静压油膜-转台系统的有限元模型,并对系统进行了模态分析,研究了系统参数对系统振动频率的影响;并且,利用响应面方法得到了系统参数与振动频率之间的显式函数关系.结果表明:油腔个数、材料弹性模量和油膜刚度的共同作用对系统频率产生影响;材料弹性模量对系统低阶振动频率的影响较小,对高阶振动频率的影响较大;油膜刚度对系统低阶振动频率的影响会随着系统油腔数目的增多而增大.     

管状复合材料梁的振动建模与分析

复合材料梁的准确动力学建模是后续振动响应分析和结构优化设计的基础.针对管状复合材料梁提出一种复合梁单元的有限元建模新方法.利用圆柱坐标系下管状梁的本构关系,采用复合梁单元建立系统的无阻尼有限元模型;利用模态实验结果辨识阻尼参数,得到系统的有阻尼振动模型.以某变压器中的连线杆为例进行仿真建模和模态分析,所建振动模型的模态频率和频率响应均与实验结果吻合较好,证明了所提建模方法的正确性和有效性.     

压电类智能结构耦合系统动力学分析

对压电类智能结构耦合系统动力学问题进行了分析,阐明了压电结构在外载(机械力或电场)作用下的力学特征、电学特征.从机电耦合弹性体的理论出发,运用Hamilton原理建立一般压电类智能结构耦合系统的动力分析模型,进行压电类智能结构耦合系统的有限元分析.以此为基础进行压电类智能结构耦合系统动力学分析:模态分析和瞬态动力分析.最后利用有限元分析软件ANSYS,对粘贴压电陶瓷片的压电悬臂板耦合效应进行模拟分析,进行了模态分析、瞬态动力学分析研究.说明了压电类智能结构耦合系统的动力学特性.     

芯片键合纵弯复合超声换能器的设计与试验

为了解决当前采用一维纵向超声加载模式进行芯片键合时造成结合面不充分的问题,设计纵弯复合超声能量加载模式的压电超声换能器,实现轴向纵振和水平弯振复合的超声振动代替传统单一的轴向振动. 采用ANSYS软件,对换能器有限元模型进行模态分析和谐响应分析,得到换能器纵振和弯振模态的谐振频率及振型. 通过调节换能器结构尺寸,实现纵振与弯振模态的简并. 采用阻抗分析仪对样机的频率和阻抗进行测试,使用激光多普勒测振仪测试换能器的纵振与弯振幅值,测试结果与有限元仿真计算结果一致,发现纵向与弯曲振幅均随着驱动电压的增加呈近似线性上升趋势, 证明设计的压电换能器实现了纵弯复合振动.     

基于模态参数验证的机床结构件优化设计

基于有限元分析和试验测试相结合的方法,研究机床结构件优化设计.以某型号拉床结构3大件之一的床台为例,建立床台实际几何形状的有限元模型,分析床台在实际工况下的变形情况和模态参数.利用LMS SCADAS Ⅲ-305振动测试设备和PolyMAX方法,得到床台在0~512 Hz频率下的自然频率、阻尼比和振型等实验模态参数.获得实验模态与分析模态振型向量的置信准则矩阵,表明有限元分析和实验结果具有较好的相关性.利用经过验证的有限元模型开展拓扑优化,根据优化结果进行床台结构的二次设计.结果表明,通过二次设计得到轻量化的床台结构,切削点处变形更小,第一阶固有频率更大,实现了更好的动态性能.     

A ring type standing wave ultrasonic motor using cantilever type longitudinal transducers

The disadvantages of classic ring type ultrasonic motor were analyzed.To obtain large mechanical output power,a ring type standing wave ultrasonic motor using cantilever type longitudinal transducers was proposed.There are four pairs of cantilevers on one side of the ring,and four PZT ceramics are set between each pair of cantilevers.A screw fastened the PZT ceramics and cantilevers together to form a longitudinal transducer.The bending vibration mode of the ring is excited by the stretching vibration of the PZT ceramics.Thus,linear simple harmonic motions are achieved at the particle on the teeth.And the driving force is the frictional force between rotor and stator.The working principle of the proposed motor was analyzed.The ring and the longitudinal transducer were designed with FEM.The sensitive parameters of resonant frequency of the transducer and ring could be gained with modal analysis.The longitudinal vibration modal of transducer and bending vibration modal of ring were degenerated,and the motion trajectories of nodes on the teeth were analyzed.The results of this paper could guide the development of this new type of motor.     

超声波电动机定子振动能量回收转换特性

为了向密封、恶劣等极端环境中工作的微型机器人提供驱动力矩和电能,根据行波型超声波电机定子孤极频率反馈跟踪原理,研制能量回馈型超声波电机.与传统超声波电机相比,该电机不仅具有驱动功能,还具有将定子振动能量回收并转换成电能的功能.根据能量回馈型超声波电机驱动原理改进了超声波电动机压电陶瓷的极化分区模式,将超声波电机定子压电陶瓷极化分成3个区,即：激振区、能量采集区和传感区（孤极）.利用定子能量采集区压电陶瓷的正压电效应采集回收超声波电动机定子的机械振动能量.根据铁摩辛柯梁理论和压电本构方程建立超声波电动机定子振动能量采集回收的理论分析模型,研究能量采集区压电陶瓷负载阻抗的匹配问题.利用该模型仿真分析了电机激励频率、激振电压、外接负载电阻等对能量采集区压电陶瓷输出电压、输出电流和输出功率的影响规律,通过实验验证了仿真结果的正确性.     

Optimal design of V-type ultrasonic motor

V-type ultrasonic linear motor fabricated using a simple punching technique was proposed to utilize as an actuator of small precision machine. The stator of the motor is composed of a thin elastic body and four ceramics attached to the upper and bottom areas of the body. The ceramics have each direction of polarization. When two harmonic voltages with a 90° phase difference are applied to the ceramics, symmetric and anti-symmetric displacements will generate at the tip to produce an elliptical motion. A finite element analysis (ATILA) was conducted to simulate the motion pattern for the contact tip of the stator. To develop a model that generates the maximum displacement at contact tip, the FEM program was used for various lengths. In addition, an optimal model was chosen by considering the magnitude and shape of the displacement according to changes in frequency. The maximum elliptical displacement is shown by W2L11 model, which has a ratio of ceramic width to length of 1:5.5. However, the displacement of the contact tip is reduced by the bucking phenomenon if the ratio is larger than 1:6.     

双锥面齿自支撑轴系行波超声电机设计与有限元分析

针对传统的行波超声电机定转子接触面小、输出力矩小,需要轴承定位,存在润滑问题,设计了一种新型双锥面齿驱动的自支撑轴系行波超声电机。首先设计了双锥面齿超声电机的结构,并分析其运行机理,然后利用有限元软件对电机的定子进行模态分析、谐振分析和瞬态分析,不但精确地预测了电机的激励频率,得到定子的振动模态图,而且从理论上获得其振幅和阻抗随频率的变化规律,以及定子齿端上某点随时间变化的位移曲线及其椭圆运动轨迹。最后利用自行研制的电机样机进行了实验,该样机的最大堵转力矩是0.48 N.m,是与其相近尺寸的传统单面齿超声电机的1.7倍,样机的最大空载速度是86 r/min。     

电动汽车用永磁游标电机的设计与研究

提出具有低速大转矩特性的电动汽车用转子双边永磁型游标电机,结构上采用双定子、中间转子形式.内、外定子设计有能够完成磁通调制作用的调磁齿,转子磁极直接面向两侧气隙,实现了磁场内、外侧的双重调制,增强了电机转矩的输出能力.阐述了该电机的工作原理、说明了设计方法,给出电机设计参数及结构、装配示意图,以转矩的最大输出为目标,对内、外定子调磁齿周向宽度、径向高度及极弧系数等对电机性能有较大影响的结构参数进行优化研究,建立该电机的二维有限元模型,对该电机的电磁性能进行仿真分析,计算结果验证了理论分析的正确性.     

液力变矩器导轮叶片造型及优化设计

为减少叶片设计参数,提高设计效率,用儒科夫斯基型线进行液力变矩器导轮叶片造型研究.对儒氏型线进行简化,并采用尾部加厚处理,使其适应液力变矩器流动要求;构建儒科夫斯基导轮叶片型线模型,用该模型对一系列液力变矩器导轮叶片进行拟合.仿真计算与实验结果对比表明:处理后的儒氏型线能够精确表达已有液力变矩器导轮叶片,可以用于液力变矩器导轮叶片的设计.在集成式液力变矩器设计平台上,利用基于存档的小种群遗传算法对儒氏型线液力变矩器导轮叶片进行优化,结果显示:与传统叶片造型方法相比,儒氏型线可以利用较少的参数有效地进行液力变矩器导轮优化设计,缩短了设计周期.     

屏蔽电机屏蔽损耗与电机性能的计算与分析

根据电磁感应定律得到计算定子屏蔽套损耗二维涡流场有限元表达式,建立了工程涡流场的数学模型,采用有限元方法并结合端电压收敛条件对定子屏蔽套内的涡流损耗进行计算分析.通过与传统解析算法所得结果及有关实验数据进行比较,验证了有限元方法在计算损耗中的准确性.利用所得方法,对采用不同尺寸和不同材料时的屏蔽套损耗进行了计算分析,从而得出损耗随屏蔽套尺寸与材料特性变化的规律.同时,计算了定子屏蔽套尺寸改变时电机性能变化,研究涡流损耗对电机性能的影响,找出其间规律.所得计算方法和规律可对屏蔽电机的设计与制造以及整机的优化设计起到作用.     

基于结构/控制耦合的动能拦截器捷联结构设计

在直接脉冲控制力的激励下,动能拦截器弹体结构动力学响应引起的捷联寻的器和捷联惯组处的振动,在敏感元件测量值中引入了动态弹性干扰量,进而引起大的脱靶量。提出了一种基于结构与控制耦合分析的捷联结构设计,利用Matlab/Simulink软件建立动能拦截器真比例导引控制模型,利用Ansys软件建立拦截器的有限元模型,对寻的器与惯导在不同的捷联方式和不同捷联刚度情况下进行控制与结构的联合仿真。仿真结果表明,增大接连刚度,降低两敏感元件的捷联安装的异面程度,让两者相邻布局,一定条件下可以解决弹性振动引起的脱靶问题。     

System-level simulation of microbolometer and read-out integrated circuit

A method for system-level simulation between microbolometer designing and Read-Out Integrated Circuit(ROIC) was studied. Three-dimensional(3D) structure modeling of the microbolometer was built. Thermal capacity, thermal conductivity and resistance of the model were obtained from thermoelectric coupling Finite Element Method(FEM) based on the model. An electrical equipment circuit of microbolometer which contains these three parameters was established. By using Verilog-AMS language, the electrical equipment circuit was described as a reduced-order macro-model. Then, the reduced-order macromodel was compiled in cadence to form IP unit of microbolometer, which could be used and identified in cadence. Systemlevel simulation between microbolometer and ROIC was accomplished. Key performances of the device, including input and output characteristics, were obtained in simulation and verified by experimental results.