基于FEM的超声电机设计研究

超声电机是机械学、电学、声学、材料学等多学科融合的产物,在进行超声电机的设计时,利用FEM软件ANSYS建立了电机的模型,并进行了模态分析和谐响应分析,优化改进了初始结构.通过样机试验验证,对FEM软件中的超声电机建模和分析设置提出了相应的改进,结果证明利用FEM软件设计的超声电机原理可行.     

超声电机定子和转子接触微观表面分析和形貌模拟

研究了行波超声电机定、转子接触表面的摩擦特性,测试了摩擦副表面的粗糙度、功率谱函数和分形维,利用分形几何模拟了摩擦层表面的表面形貌.研究表明,摩擦材料层表面特性对电机的运行特性的影响不能忽视;相对于摩擦材料铜表面是光滑的.研究有助于分析超声电机定、转子接触表面的微观力学特性,建立超声电机的接触模型.     

微细铣削机床系统构建及微小型零件加工实验研究

研制了一台由直线电机运动平台、高速空气静压轴承电主轴和DMC-1842运动控制卡组成的三轴联动微细铣削机床,构建了基于IPC机和Windows操作系统的并行双CPU数控系统。以C#为开发语言,采用模块化设计方法开发了微细铣削控制软件,并设计了合理的人机界面。在三轴联动微细铣床上进行了微小型零件的加工实验,验证微细铣床数控系统的性能。结果证明数控系统的软硬件设计方案可以满足微细铣床加工的要求,验证了微细铣削加工技术的可行性和实用性。     

开放式微细铣削数控系统的开发

简述了开放式数控系统的概念,并在此基础上提出了一套面向软件NC技术的开放式数控系统的设计方案,开发了基于DMC1842运动控制卡的数控系统界面软件,可完成对控制卡参数的在线修改和自动编程,实现对微细铣床的准确控制。本系统具有良好的开放性和较高的实用价值。     

超声电机驱动多关节机器人的类PID小波神经网络控制

针对超声电机驱动多关节机器人的运行特性,提出一种新颖的速度-位置双闭环PID控制模式,有效地抑制了超声电机响应极快所导致的速度变化剧烈的现象,从而提高了机器人的运动平稳性.为了进一步提高超声电机驱动多关节机器人的控制性能,使其能根据超声电机的变化特性对PID控制参数进行实时调节,提出类PID小波神经网络控制器.通过对传统离散型增量式PID表达式各项的合理划分,将速度-位置双闭环PID控制、实践经验、当前的轨迹误差及其变化情况都融入进了类PID小波神经网络控制器中.该控制器参数的在线学习机制采用了δ自适应律并结合了BP算法和梯度下降法,算法简单,计算量大大减少.试验结果证明,所设计的类PID小波神经网络控制器不仅明显优于PID和PID神经网络控制器,而且具有很好的抗干扰能力.     

提高混凝土结构成像质量的技术研究

超声检测中,发现使用的商用超声传感器工作在谐振频率时会产生余振,为此,提出一种基于数字滤波的补偿方法,对传感器的频响特性进行有效补偿,抑制余振产生;而在使用低频信号检测时,表面直达波与浅层目标的反射信号常常又交叠在一起,有时很难分辨,影响了检测分辨力,因而开发了一种波包分解程序,找出各个波包的位置.将表面直达波与反射波分离开,消除表面直达波的干扰。在成像实验中使用这两种方法发现,不仅余振基本得到抑制,目标反射信号可以得到"复现",而且还可以完全分离并去除表面直达波,最后给出了实验成像结果,可以看出明显的效果。     

机制砂高性能混凝土抗压强度研究

以C40机制砂高性能混凝土为研究对象,通过研究其3 d、5 d、7 d、28 d、56 d的抗压强度变化,以及利用超声波法检测其超声声速,得出随着龄期的增加,机制砂高性能混凝土的强度逐渐增大,超声声速也增大。并拟合出机制砂混凝土超声声速与抗压强度的关系式。     

陶瓷叶片型面超声磨削数控装置研制

为了解决陶瓷叶片型面加工难题,研制了超声磨削数控装置。介绍了该装置总体结构及主轴变频驱动系统设计。分析了圆柱磨轮数控超声磨削平行直纹面时磨轮空间位置,分析了加工原理误差产生原因,通过对磨轮两次偏移变换,可显著减小加工原理误差,计算出磨轮空间轨迹。采用新研制的装置进行了数控超声磨削陶瓷直纹面工艺试验,试验结果表明:超声磨削数控装置运行良好,轨迹计算合理;蠕动进给超声磨削加工陶瓷叶片型面是可行的,研究成果可用于陶瓷整体叶轮叶片型面加工。     

超声椭圆振动车削的切削特性

为了深入研究超声椭圆振动切削特性及其应用前景,通过建立超声椭圆振动切削模型,根据运动学方程,分析和推导出了切削占空比、振纹高度、振动频率、振幅之间的关系,揭示了超声椭圆振动车削表面粗糙度、加工精度、加工效率之间的相互关系。通过切削力和表面粗糙度试验对推导出来的结果进行了验证,试验结果表明有效减小切削力是超声椭圆振动切削加工应用的主要优势。     

环形超声电机定子的振动模态与谐响应分析

振动模态分析和谐响应分析是超声电机优化设计的重要步骤。基于本实验室提出的压电定子和压电转子振型嵌合式环形超声电机,利用有限元软件Ansys10.0建立了直径为60 mm的环形超声定子的模型,并对此电机定子进行模态分析以及谐响应分析,得出了定子的固有频率和振型以及理论振幅值,特别阐述了此电机定子最优振动模态的选择。同时利用Agilent 35670A对制作的电机定子进行扫频测试,结果表明:分析结果与实测结果基本接近。研究结论为超声电机的优化设计提供了理论依据。