超声电机中的非线性现象研究

研究了非线性现象对超声电机运行的平稳性、可靠性的影响，分析了超声电机在强电场作用下压电陶瓷材料特性的非线性现象、温度变化引起压电陶瓷特性的非线性现象和定子转子接触的非线性现象，以及驱动电路中的非线性现象等。在试验的基础上，定性分析了这些非线性现象影响电机性能的机理，从而提出控制这些非线性现象的建议，为进一步提高超声电机稳定性和可靠性建立了理论基础。     

减摩填料对重型汽车摩擦材料摩擦磨损性能的影响

研究石墨、三硫化二锑(Sb2S3)、焦炭3种减摩填料对树脂基多纤维增强摩擦材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:加入3种减摩填料,摩擦材料均能够在较宽的范围内保持摩擦因数的稳定性。其中石墨在低温(100～150℃)下能保持较好的稳定性;Sb2S3在高温(250～300℃)下能保持较好的稳定性;焦炭在中低温(150～200℃)下能保持较好的稳定性;通过正交试验和极差分析,得出摩擦磨损性能较好的摩擦材料配方。     

直线超声电机的研究进展

文中概述了直线超声电机特点、类型、驱动原理及其在国内外的发展研究现状，展望了直线超声电机的应用前景。     

单相驻波驱动的旋转型超声电机结构设计与试验研究

单相驱动的超声电机由于其驱动电路简单、设计灵活、结构紧凑等优点,受到越来越多的关注。但单相驱动的超声电机主要以直线型电机为主,且工作模态一般为退化模态,存在能量利用率低、频率易漂移等缺点。此外,现有旋转型单相驱动的超声电机存在输出性能差、不易装夹等问题,严重制约了其应用。为解决上述问题,提出了一种新型单相驻波驱动的旋转型超声电机,通过单一工作模态实现对转子的摩擦驱动。该超声电机的定子主要由压电复合梁和带驱动齿的圆环构成,在两组压电陶瓷片的交替激励下分别产生两相工作模态,并通过两相工作模态相互切换实现电机的双向旋转运动。首先,采用有限元分析方法计算得到了超声电机定子的几何尺寸和两相工作模态(包括共振频率和振型)。其次,通过测振实验对定子原理样机进行了振动特性测试,得到了定子的幅频特性、振型和驱动齿的运动轨迹,并与仿真计算结果进行了比较,验证了仿真分析的正确性。最后,装配了旋转型超声电机原理样机,并开展了性能测试实验研究。结果表明：在300 V激励电压、1 N预压力的条件下,超声电机原理样机在两个工作模态下的最大转速分别为123.9 r/min (顺时针旋转)和450.9 r/min (逆...     

超声电机在国外的发展

简要回顾了超声电机的发展，并简述其工作原理和结构形式，对其各种控制策略做了简要的比较。分析国外超声电机的关键问题及研究现状，探讨其在各领域中的应用前景及发展趋势。     

直线型驻波超声电机的建模与仿真研究

建立了棒形直线超声电机的力学数学模型。该模型比较全面地把握了电机驱动振子、导轨及相关部件所组成的非线性振动系统的运动特征，考虑了驱动振子与导轨在接触瞬间的冲击。用所建模型进行了电机的起动过程和输出特性的数字仿真。     

超声振动减摩性能的实验研究及理论分析

以超声减摩的核心构件压电振子为研究对象，在测量压电振子参数的基础上通过改变压电振子的工作电压，测量压电振子振动时辐射端面与特定的工作表面间的摩擦系数的变化规律，通过有限元法计算压电振子的振动模态，分析超声振动的减摩机理，以便进行适当的结构设计，利用超声振动的减摩性能制造出超声波悬浮轴承。研究证明，超声振动具有良好的减摩性能，压电振子处于纵向振动模态时减摩效果最好。     

旋转行波型超声电机定子的非线性动力学分析

超声电机作为一种新型电机,独特的性能使其在如太空探索、精密仪器等一些特殊领域有着广阔的应用前景。然而,超声电机的强机电耦合非线性特性使其在工作过程中往往会产生频率漂移、跳跃等非线性现象,从而影响电机工作的稳定性。用四阶Runge-Kutta法、Lyapunov指数、Poincaré截面等方法获得了旋转行波超声电机定子在单相激励下的非线性振动响应特性,研究了定子振动响应的Hopf分岔以及由Hopf分岔通向周期解的变化过程,该结果对进一步改善行波型超声电机输出特性的研究具有一定的参考意义。     

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.     

基于超声微驱动的超声波振动减摩机理

将超声电动机定子和转子接触区定子表面一点的超声波振动分解成水平振动和垂直振动 ,并分析了两个方向振动对超声电动机驱动作用的影响。提出水平振动产生摩擦驱动力 ,垂直振动影响水平驱动的效果 ,将垂直方向超声波振动的作用等效为普通滑动试验中引入垂直滑动方向超声波振动的作用研究 ,揭示了垂直方向超声波振动是导致超声驱动动摩擦因数降低的原因     

二自由度超声波电机惯性驱动研究

设计了采用单相电源驱动旋转和直线两种运动的新型单定子二自由度超声波电机,提出了一种近谐振点平稳惯性冲击的电机驱动方法。基于电机构造机理和驱动原理,建立了电机惯性驱动模型,定量分析了方波信号参数对电机性能的影响。算例分析表明,电机在近谐振点采用非对称方波激励,定子端面可输出符合惯性驱动要求的锯齿波。给出了最佳的方波驱动频率与占空比。该驱动方法简洁高效,完全消除了相位差对多自由度电机性能的影响。     

超声波轴承减摩机制分析

设计了一种超声波径向支承轴承结构。用Helmholtz方程和Neumann边界条件计算了轴承与轴颈接触面的声压,为减少启动阶段轴承与轴颈之间的磨损提供了理论依据。用动态Reynolds方程分析了轴承工作状态下挤压效应和动压润滑所产生气膜的压力,从理论上验证了轴承工作状态下存在气膜润滑。实验测定了超声波轴承的摩擦因数,摩擦因数为深沟球轴承的10%,证实了理论分析的合理性。     

超声电机在南京航空航天大学的研究与发展

介绍了南京航空航天大学超声电机研究概况；叙述了南京航空航天大学超声电机研究中心在超声电机技术方面所取得的研究进展和成果；列举了该中心在研究超声电机中所解决的若干关键技术；总结了取得这些进展和成果的主要原因和经验。最后，提出了本中心当前的研究任务，展望了超声电机未来的发展。     

超声电机伺服控制的研究评述

为改善超声电机性能,实现超声电机快速、准确、稳定的控制,对于超声电机的现有的伺服控制策略和方法进行评述和比较,并且根据超声电机运动机理不同于传统的电磁电机,具有复杂的动力学现象及时变、强非线性等特点,提出了基于参考模型的模糊神经网络控制方法、遗传算法或其他的组合控制方法将是适用于超声电机的控制策略。     

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。     

超声波直线电机的运行机理

超声波电机的运行机理完全不同于传统的电磁型电机。阐述了超声波直线电机椭圆运动的生成原理,讨论了行波直线电机与驻波直线电机的优劣,为超声波电机设计提供了理论依据。     

超声电机的试验研究

叙述了实验研究对超声电机技术发展的重要性。简明地介绍了自南京航天航天大学超声电机研究中心创建以来，超声电机实验仪器设备的建设情况和超声试验研究的进展。重点地叙述了超声电机零、部件模态试验、瞬态试验和机械特性试验等的试验目的、方法、仪器设备及一些经验体会，并列举了若干典型试验结果。最后指出：为了进一步提高超声电机产品质量，扩大超声电机的应用市场，还需继续改进老的试验系统，建立更新更多的试验仪器和设备。     

多自由度超声电机研究的一些新进展

多自由度超声电机是从九十年代初开始研究的、在单自由度超声电机的基础上发展起来的一种新型电机。由于这种电机能提供两个或两个以上自由度的运动，且具有超声电机本身的独特优点，因而有广阔的应用前景。文中列举了几种最新出现的多自由度超声电机，阐述了它们的结构、工作原理和特点，为关注这方面发展动态的同行们提供参考。