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。     

基于振型假定的直线超声电机动力学模型分析

基于分析动力学的哈密顿原理,采用假定将纵弯直线超声电机压电振子的复杂振动在模态域内等效成单自由度系统的简单振动,建立了基于压电陶瓷诱发应变激振的超声电机压电振子的机电耦合动力学模型,通过实例计算验证该模型是较准确的,可以用于指导超声电机的结构优化设计和参数化分析.     

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。     

一种超声振动辅助粉末去除装置振子的有限元分析

基于压电陶瓷的逆压电效应,设计了一种超声振动辅助粉末去除装置,用于去除挂钩表面粘附的粉末。使用有限元分析软件ANSYS对超声振动系统中的振子进行了结构动力学模态分析、谐响应分析和瞬态分析,得出了振子的振动模态、谐振频率、幅频曲线、导纳曲线、导纳圆和瞬态振动曲线及相关数据,对后期该振子的制作以及超声振动辅助粉末去除装置的实现起到了重要的理论指导作用。     

基于面内复合模态的直线超声电机振子有限元分析

提出了一种新型的矩形压电复合板直线超声电机,它除了具有直线超声电机的共同特点之外,还具有自身的薄、小、轻、驱动力大等突出特点,可直接用于计算机硬盘磁头驱动等外设装置。该矩形压电复合板直线超声电机利用矩形压电复合振子平面内的两种弯、弯振动模态合成。在一定预紧力作用下,矩形板的两侧边将产生驱动力使动子移动。本文通过ANSYS有限元分析软件对矩形压电复合振子进行了详尽的模态分析,分析讨论了结构参数及弹性体材料对于矩形压电复合层板模态的影响,为利用面内复合模态的矩形压电复合板直线超声电机的设计奠定了基础。     

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.     

单晶硅二维超声振动辅助磨削技术的实现

基于超声振动磨削能有效提高加工效率及加工表面质量的特性,通过设计具有伸缩和弯曲两种模态的压电陶瓷椭圆振子,实现了单晶硅二维椭圆振动磨削技术。对超声振子的振动特性进行检测,证实改变压电陶瓷两电极之间的交流信号相位差和电压幅值,可得到不同形状和振幅的椭圆振动。对单晶硅进行超声磨削与普通磨削的对比试验,结果表明二维振动磨削的磨削力大幅降低,表面粗糙度显著减小,表面质量明显提高,加工表面延性域去除比例增加。从而证实二维超声振动磨削方法能够实现高效率高质量单晶硅加工。     

考虑粘结层的悬臂压电振子发电性能分析

利用压电振子将环境中的振动能量转换为电能是近年研究的热点,研究发现,叠层压电振子中,粘结层厚度对压电振子的发电性能以及抗剪强度均有较大影响。针对矩形、梯形截面形状悬臂梁叠层压电振子,利用ANSYS有限元分析软件仿真分析了其粘结层厚度不同时对于叠层压电振子发电性能及抗剪强度的影响关系。结果表明:随着粘结层厚度的增加,虽然梯形截面叠层压电振子对低频振动的环境能量转换效率要高,但梯形截面压电振子会比矩形截面更容易发生剪切破坏;综合分析表明当粘结层厚度控制在基底层厚度的(1/4~1/5)左右时,叠层压电振子的发电性能及抗剪强度较为理想。     

块体物料的超声振动输送及同步驱动

针对小块体物料的短距离精密输送问题,提出超声振动输送新方法,设计制作了基于弯曲行波的环形压电输送振子。依据模块化设计思想,将输送装置设计成3个单一输送振子的并列组合,采取多个振子的同步驱动。对所设计振子的模态及同步驱动特性进行了理论分析与实际测试,试验结果验证了超声振动输送装置同步驱动的可行性。     

基于PZFlex的超声滚压振子仿真分析

研究一种用于超声滚压的夹心式压电超声振子,应用一维纵振波动方程,对其进行结构参数计算。基于理论计算结果,使用有限元软件PZFlex基于时域/瞬态分析方法对其进行谐响应分析及谐振频率下的端面位移振动情况分析,且根据仿真结果,设计并制造了相应的压电超声振子,并采用频率特性分析仪测量得到其实际谐振频率,采用多普勒测振仪测量得到其端面位移振动情况,结果仿真结果与实际测量值符合较好。     

回转式微角度步距压电电动机

介绍了一种基于尺蠖运动原理的回转式微角度步距压电电动机.借助柔性机械结构,将压电陶瓷的微位移以角度方式输送出来.在结构设计方面,采用柔性铰链放大结构,夹紧器和驱动器均采用双驱动器结构,实现推-拉接力运动.配以适当的4路驱动信号,实现了压电驱动装置的单步、多步连续匀速转动.最后对样机行了实验测试.实验结果表明:所设计的回转压电电动机结构紧凑、分辨力高且运动稳定.同时,动体没有缠绕,使得驱动器可以在任意位置启动,并可在360°范围内连续匀速转动.最小步距优于3″,在160V的驱动电压下速度达到430.4″/s.     

Float characteristics of a squeeze-film air bearing for a linear motion guide using ultrasonic vibration

The float characteristics of a square squeeze-film air bearing using piezoelectric actuators as a vibrator are discussed. In this type of bearing, piezoelectric actuators are adhered to a flat bearing plate and vibrate the bearing plate at ultrasonic resonant frequency. The influence of various design parameters on the float characteristics of the proposed bearing, such as the vibration frequency, input voltage to the piezoelectric actuator, and imposed load were investigated theoretically and experimentally. Our proposed squeeze-film air bearing was found to be quiet, because this type of bearing uses ultrasonic vibration to generate the squeeze-film. An average film thickness of 5 μm could support an imposed load of 10 N.     

夹心式压电换能器装配质量判别方法与实现

为了保证压电换能器谐振频率的一致性以及其长期工作的稳定性,提高换能器电声转换效率,介绍了利用检测谐振频率和扭矩压力来判别夹心式压电换能器装配质量的方法。在研究了压电效应的基础上,提出了通过检测压电陶瓷受压产生电荷量的方法来精确判别其装配质量,解决了其装配质量不稳定的问题。研究结果表明,该方法提高了装配精度和一致性,使其性能稳定可靠。     

超声切割用压电换能器理论设计及有限元仿真

基于波动方程和频率方程,建立了电镀金刚石线锯超声切割用压电换能器的解析模型,得到了压电换能器各组成部分的结构尺寸。借助有限元分析软件ANSYS对理论设计的压电换能器进行了动力学分析和优化设计,得到了压电换能器的优化模型。分析结果表明,有限元法对压电换能器的设计和分析具有很好的指导作用。这种换能器具有良好的性能,对下一步的应用研究有重要意义。     

压电陶瓷等离子喷涂技术与应用基础研究

介电压电陶瓷材料等离子喷涂工艺方法的概念及用此法制作压电陶瓷元件的方法。用这种技术制作的压电元件具有体积小,无需粘等特点,尤其适合于大面积压电传感元件和压电作动元件阵列的制作 。     

轴/径向耦合式非接触型压电作动器的研究

提出了一种基于近场声悬浮机理的球转子压电作动器,特别设计了可分别沿轴向和径向辐射超声近场的作动器,其目的是为了实现球转子的稳定、可控悬浮和高速旋转,可将其应用到航空航天的高速电机、球轴承传动或姿态传感领域。该新型压电作动器通过轴向与径向悬浮装置的不同耦合形式来提供超声悬浮力并以非接触的方式驱动球转子,实现对球转子的灵活控制。介绍了轴/径向耦合式非接触型压电作动器的结构和工作原理,通过仿真得到了悬浮装置的声场分布形式,深入分析和阐释了球转子的悬浮和驱动机制,加工了样机,搭建了轴/径向耦合式超声悬浮型压电作动器的特性测试系统,通过非接触式激光位移传感器得到了球转子的悬浮特性,并获得了691.5r/min的转速。     

超声电机宽温域低损耗压电与摩擦功能材料

为了提高超声电机的环境适应性与能量转换效率,本文分析并制造了宽温域低损耗的新型压电材料与摩擦功能材料,提出了通过相结构调控、增加第三组元、引入偶极子缺陷钉扎畴壁等手段制备宽温域低损耗压电陶瓷材料的设计与制造方法;为了提高超声电机摩擦界面能量传递效率及环境适应性,设计了具有高摩擦系数、低磨损率且耐高温的聚酰亚胺复合材料。结果表明,与传统材料相比,新型压电陶瓷材料具有低介电损耗、高机械品质因数及高温度稳定性的优势,使超声电机的能量转换效率提高3.3%,而新型聚酰亚胺基摩擦材料在摩擦系数、耐磨性以及温度范围等指标上均有明显提高,使电机的最大效率提高了6.19%。综合两种新型材料后,超声电机的最大效率提升了13.6%,可靠工作温度从-40~70℃提升至-60~120℃。本文提出的压电与摩擦功能材料既增强了超声电机的环境适应性,也改善了电机输出性能,对超声电机在航空航天等高端装备中的应用具有重要的意义。     

气体挤压膜轴承的性能分析及其控制器的研究

为了有效克服传统气体轴承的缺点,基于超声激励的气体挤压膜机理,研制了一种新型的气体挤压膜轴承。为了获得关键结构尺寸及相关的控制参数,采用有限元法对压电换能器进行了模态分析和谐响应分析;应用数值解法从理论上证明了轴承的悬浮能力;通过压电换能器的模态实验,确定了其工作频率;同时采用有限元法对所设计的轴承产生的超声波声压进行了分析。在此基础上,设计制作了基于STC单片机的数字控制器硬件电路,编写了不完全微分PID控制程序并在实验台上进行了验证。研究结果表明,该类轴承在超声激励下能够实现悬浮支承。     

400mm薄镜面主动光学试验系统

采用400mm口径,12mm厚的球面反射镜进行了主动光学实验,通过背部12个主动支撑点校正面形,实验中通过干涉仪测试镜面面形,采用阻尼最小二乘法计算各支撑点的校正力。通过校正,将初始状态的1.22波长RMS的面形误差校正到0.12波长RMS,接近了镜面加工的0.1波长RMS面形精度,说明所采用的主动校正过程是正确可行。     

一种有效消除超声测量拖尾的新方法

本文介绍了一种消除超声波拖尾的方法，从超声波的波动原理和压电陶瓷的振动机理入手，推导出压电陶瓷的振动方程，分析了产生拖尾的原因和影响超声波拖尾周期、幅值和持续时间的各因素，利用波的叠加原理提出一种叠加消除法来消除超声波拖尾，计算机软件模拟达到了完全消除拖尾的理想效果。实验中，叠加消除法使超声波拖尾的幅值衰减率达到90％，对近距离测晕不造成影响，达到了消除拖尾影响的目的。理论和实践证明，叠加消除超声波拖尾方法简单易行、效果显著，具有很高的实用价值。