行波超声电动机的动力学模型

以半解析环形单元对旋转型行波超声电动机的定子进行径向离散,基于动态子结构和Guyan缩聚的思想提出考虑齿的影响的方法并得到了定子的半解析动力学模型,该模型在保证精度的同时达到缩减计算量的目的。分析定子上的齿和转子的三维接触驱动机理,结合转子的动力学描述得到了整个旋转型行波超声电动机较为完整的数学模型。由此给出的仿真结果与电动机的输出特性试验吻合,分析了齿对电动机特性的影响,并证明界面力沿径向的分量导致的能量损耗不可忽视,进一步指出若在接触模型中忽略界面上的径向滑动造成的损耗,其性能仿真与试验结果则有较大偏差。该模型较真实地反应电动机的特性,可用于旋转型行波超声电动机性能的精确预测和结构参数设计。     

柔性转子对行波超声波电动机性能的影响

提出旋转型行波超声波电动机中柔性转子的明确定义,指出柔性转子属于做大范围运动的弹性圆板的动力学范畴,得到了柔性转子上任意点的运动描述.利用Lagrange方程,得到柔性转子的刚柔耦合的动力学模型,并将其与基于柔性转子的接触界面模型、定子的半解析动力学模型有机地融合在一起,得到了整个电动机的动力学描述.通过分析实例,表明当把转子作为柔性体来考虑时,定、转子的接触界面变得复杂和不对称,由此解释了试验中发现的适当转子阻尼可以改善电动机性能的现象.进一步分析和阐释了柔性转子通过自身的弹性变形,减少界面上定、转子之间的径向磨损并提高电动机输出效率的机理,得到了试验的验证,为柔性转子的结构设计提供了理论依据.     

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。     

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.     

旋转行波超声电机性能提升技术进展

为推动旋转行波超声电机的发展及其在精密驱动领域的应用,综述了其性能提升技术研究进展并分析了现阶段尚且存在的技术问题。首先,从定子行波的合成、质点椭圆运动轨迹、接触界面的摩擦驱动等方面论述了传统旋转行波超声电机的运行机理。然后,从结构优化和新材料应用角度综述了旋转行波超声电机的发展及其局限性;从温升控制角度阐释了温度变化对超声电机性能的影响并介绍了现有解决方案;论述了变预压力对谐振频率漂移的耦合影响,并指出了目前研究存在的不足;从双行波驱动角度分析了超声电机发展过程中的重大突破,概况了其研究历程及可行的发展方向。最后,归纳了旋转行波超声电机亟待解决的技术难题,并建议了解决方案。     

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。     

新型行波直线超声电机的结构与有限元分析

提出了一种新型行波直线超声电机结构,该电机利用2个固有频率接近的面内弯曲模态叠加形成沿周向传播的行波,从而驱动动子做直线运动。首先,基于有限元法建立了考虑定、动子三维接触的整机动力学模型,对定子结构尺寸进行设计;其次,通过该模型分析了定、动子之间的接触力传递过程、电机的驱动机理、电机稳定运行时驱动足的椭圆运行轨迹、电机的启停特性以及不同输入参数下电机的输出性能等动力学特性;最后,试制原理样机,搭建实验平台对电机性能进行测试。研究结果表明：该电机工作原理可行,机械输出性能良好;所建立的有限元模型合理,使用该模型能预测电机的性能,并进一步指导电机的设计及优化。     

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。     

新型行波压电电动机的结构研究及理论分析

环型和圆盘型行波压电电动机小直径条件下,输出性能逐渐失去低速大力矩的特点。由于结构限制,其定转子的动态点接触导致电动机运转不平稳、磨损大和驱动力矩小等不足。针对这些不足提出一种新型行波柱面驱动压电电动机,将传统的点接触改进成现在的线接触,即环型或圆盘型定子改进成圆柱型定子。阐述了行波压电电动机的运行机理以及电动机驱动系统原理。通过对压电电动机定子结构的振动理论分析,证明此新型结构电动机符合一般压电电动机形成驱动及正常工作的基本条件。利用ANSYS有限元软件分析电动机定子的振动模态, 给出选取振动模态的理论依据。制作了直径为20 mm的柱面驱动压电电动机,并对其输出特性进行测试,得到测试结果为输出力矩／质量比是0．426。     

电动机试验中心助力性能提升

日前,Voge1sang＆Benning公司为Zwickau市的VEMMotorsThurm公司设计生产了满足高技术要求的新的电动机性能试验场地。     

电动机隔振系统的试验与分析

阐述了电动机隔振的必要性，通过试验验证了隔振理论，分析了电动机在各种实际工作情况下的振动情况，为电动机隔振元件的设计提供了依据。     

锥形电动机制动性能的试验方法

锥形电动机的一个重要特点是带制动器,制动性能的好坏直接影响着锥形电动机的使用可靠性。目前,锥形电动机的制动性能的好坏是通过在电动葫芦产品上进行吊载试验后才能作出结论,这样实际上影响了它的独立性。为此,对锥形电动机制动器进行分析,使之在产     

旋转型行波超声电机网络的性能测试和仿真

行波超声电机是新型电机,利用能量转换摩擦传递超声波振动,产生动力,其结构简单、性能优越和发展迅速。旋转型适合在医疗、航空航天等精密领域中使用。本文介绍了超声电机的工作原理和分类等,着重分析了不同温度下对电机工作频率、机械特性和摩擦材料等的变化情况。旋转型行波超声电机的性能随温度的升高呈下降趋势。     

旋转型行波超声电机瞬态响应能力的试验研究

针对惯量负载下旋转型行波超声电机的瞬态特性及变化规律,建立了描述超声电机响应特性的动力学模型,从动力传递机理的角度分析了超声电机的转速阶跃响应特性。通过试验分析评估了阶跃幅值和惯量负载的变化对阶跃响应时间的影响,给出了带惯量负载下旋转型行波超声电机阶跃响应的瞬态特性,验证了旋转型行波超声电机在给定环境下应用的瞬态响应能力。     

行波超声马达定子谐振频率的分析计算

针对行波超声马达的一种结构，通过等效简化其复合材料定子的模型，推导了定子谐振频率的近似计算方法；还利用有限元法分析计算了定子的振型及其谐振频率；两种方法的结果基本相符，说明基于简化模型的近似计算方法能够反映定子振动的实际情况，这有益于定子结构设计中合理确定相关参数，提高马达的效率和性能。     

双接触面行波超声电机振子的有限元分析

分析了双接触面振子的工作原理,针对多种结构形式的双接触面旋转行波超声电动机振子进行了有限元分析。对振子的输出振幅进行了谐波分析,确定了振子的结构形式。仿真结果表明振子内圈固定方式电机性能优于外圈固定方式;振子外径相同时,压电陶瓷片贴于齿环内侧电机性能优于贴于齿环外侧。     

行波超声马达定子谐振频率的分析计算

针对行波超声马达的一种结构,通过等效简化其复合材料定子的模型,推导了定子谐振频率的近似计算方法;还利用有限元法分析计算了定子的振型及其谐振频率;两种方法的结果基本相符,说明基于简化模型的近似计算方法能够反映定子振动的实际情况,这有益于定子结构设计中合理确定相关参数,提高马达的效率和性能。     

超声波电动机噪声试验与机理分析

为了分析和抑制超声波电动机在运行过程中产生的尖啸噪声,建立电动机噪声的试验测试系统,利用试验和有限元法分析电动机噪声产生的根源;利用等效原则建立电动机噪声产生机理的振动解释模型,根据该模型分析预压力对电动机噪声的影响,并提出降低电动机噪声的方法和措施。研究结果表明：电动机噪声是由定子、转子之间的摩擦自激振动引起的,且电动机噪声强度随着预压力的增大而减小,当预压力超过其临界值时,电动机噪声能得到很好的抑制。     

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。