驻波型直线超声波电动机分析与测试

研究一种驻波型直线超声波电动机。首先分析电机的结构和工作原理,接着采用解析法建立电机金属弹性体的振动模型,分析其自由振动的模态及对应的频率,并与有限元法分析结果进行比较。然后对样机进行了阻抗-频率特性测试,理论分析结果与实验测试结果相吻合,测试结果也表明,驱动足对电机的共振频率有影响,驱动足的位置越靠近振动的节点,对振动频率的影响越小。最后设计了一种电接触测试法,对电机驱动足与地面的接触状态进行了研究,结果表明,驱动足的位置越靠近振动节点,接触时间越长,电机行进速度越慢。     

方环形驻波直线超声电动机设计

新型驻波直线超声电动机采用面内振动的形式,利用单一弯曲模态实现直线电动机的正、反方向驱动.分析了电机的工作原理,通过有限元软件进行动态设计,研制了模型样机,为环形驻波直线超声电动机的设计提供了理论依据.     

H形直线超声波电动机的研究

在纵弯复合模态直线超声波电动机的基础上提出一种H形直线超声波电动机,该电机基于H形压电振子两侧金属直梁的一阶伸缩振动模态和三阶面内弯曲振动模态的叠加,在四个驱动足驱动下交替实现力的输出,通过改变两个工作模态相位差来实现速度控制及正、反方向驱动.利用有限元数值方法对振子进行了模态优化设计,确定了振子的结构参数,并加工制作了原理样机,对样机的输出特性进行了实验研究.该模型样机在驱动频率为30.70 kHz时,动子最大速度为230 mm/s,单侧驱动力为0.47 N.     

计及动子振动的直线超声波电机驱动性能分析

文章研究了动子的振动对驻波型直线超声波电机驱动性能的影响。在传统驻波型超声波电机的驱动机理的基础上,通过在定子的不同振动阶段建立动子振动时的驱动力数学模型,研究了动子振幅对驻波型直线超声波电机驱动性能的影响。理论分析表明,动子振幅越大,电机的驱动性能下降越严重。在此基础上,文章通过采用U型结构动子,并附加阻尼的方式,有效的降低了动子振幅,提高了电机的输出。有限元分析证明了动子的减振效果,实验证明了理论的正确性和方案的可行性。     

基于ANSYS的径向驻波型超声波电机设计与分析

研究了一种采用径向振动的驻波型超声波电机。首先分析了电机的结构,然后利用有限元分析软件ANSYS建立定子有限元模型,基于该模型分析了压电陶瓷的结构尺寸对定子振动特性的影响,进而确定了定子的结构尺寸,并进一步分析了定子的瞬态响应特性。最后根据理论分析结果试制了样机,对样机进行了试验测试,测试结果表明,所设计的电机具有较好的输出性能。     

基于面内振动的纵弯模式超声波直线电机制设计与实验

以基于薄板内振动的纵弯模式驻波型超声波直线电机为研究对象,选择矩形薄板压电陶瓷片定子及单足驱动形式为例,分析了驱动机理,设计电机的具体结构,制作了样机并进行了实验测试,结果表明,电机运行良好,正反向运动灵活.     

基于面内振动的纵弯模式超声波直线电机的设计与实验

以基于薄板内振动的纵弯模式驻波型超声波直线电机为研究对象,选择矩形薄板压电陶瓷片定子及单足驱动形式为例,分析了驱动机理,设计电机的具体结构,制作了样机并进行了实验测试,结果表明,电机运行良好,正反向运动灵活。     

驻波型双接触面直线超声电机的动态设计

介绍了一种双接触面驻波型直线超声电机的工作原理,并利用ANSYS有限元分析软件对其振子进行了动态设计。样机利用两个相同振子组成一个动子,构成双接触面驱动,从而获得较大的驱动力。利用振子的三阶和五阶弯曲模态工作,可实现直线超声电机的正反向运动。     

一种新型压电直线电机机理研究

综述了面内振动模态压电直线电机的研究现状,提出了一种基于矩形复合层板面内弯曲模态压电驻波直线电机,详细分析了振子面内弯曲模态的激发原理及电机的驱动机理.     

振动模态与超声波电机性能关系的研究

振动模态选择是超声波电机设计的重要环节 ,也是影响电机性能的重要因素。本文介绍了超声波电机振动模态形式及其选择的原则。采用有限元分析方法计算了所设计电机的振动模态和共振频率 ;用阻抗特性分析仪测量了不同模态对应的共振频率 ,其结果与有限元分析结果一致。最后分析了不同模态下电机的输出特性     

单模态纵-弯复合直线电动机的机理与特性

提出了一种融合一阶纵振和四阶弯曲振动模式的单模态直线超声波电动机,介绍了电动机的结构和运行机理,利用有限元方法建立了电动机定子的机电耦合模型,仿真分析了电动机定子的振动特性,确定了电动机定子工作模态和工作频率;利用弹性杆的纵振动和悬臂梁的弯曲振动理论建立了电动机驱动足椭圆运动轨迹方程,分析了激励电压相位差对电动机椭圆轨迹的影响;利用粘弹性接触机理给出了电动机的机械特性输出曲线,分析了预压力、激励电压幅值和激励频率等对电动机输出特性的影响。通过数值和仿真分析得出:单模态直线超声波电动机的工作频率为39 860 Hz,在外加激励电压Up-p=100 V时,电动机最大输出推力和空载速度分别达到19.1 N和310 mm·s~(-1)。     

基于夹心弯振换能器的双向驻波超声波直线电动机

一种利用夹心式弯振换能器的激励弯曲驻波的驻波超声波直线电动机。运用振动理论分析了电机的致动原理,通过激励两种不同谐振频率的弯曲驻波,并结合驱动齿的合理分布,可实现双向运动。采用有限元法确定其具体结构尺寸,验证了各驱动齿端部振动轨迹为倾向一致的斜线。制作了样机并测定了其机械输出特性。     

方环形行波直线超声电机的模态分析

为解决直线超声电机动态设计的难度,提出一种方环状直线行波超声电机振子。采用有限元数值方法分析了该种振子可以利用的面内弯曲模态,给出了对边两两激励的一种对称模式,并就所研制的振子模型,进行了实验研究。数值分析与实验结果证实了振子结构的可行性。该类振子的结构对称性为超声电机的动态优化设计提供了方便。此外,振子4个驱动梁的更换使用,可成倍提高超声电机的使用寿命。     

微小型纵弯复合激励式圆筒超声电机的设计

为了有效提高超声电机的机械输出性能,研制了一种微小型贴片式纵弯复合激励式圆筒型行波超声电机。该电机由圆筒和一个纵弯复合换能器组成,换能器位于圆筒的外侧壁上,换能器由一对弯振压电陶瓷片、一对纵振压电陶瓷片和前端为变幅杆的长方形铝块组成。对电机的工作原理进行了分析,利用有限元方法对电机进行了设计与仿真,实现了电机两个基本振动模态特征频率的简并。对振动特性进行了测试,测试结果与有限元分析结果吻合良好。测试结果表明,换能器的纵振、弯振和圆筒弯振模态之间均实现了很好的匹配。。     

纵振夹心换能器式圆筒型行波超声电机

提出一种纵振夹心换能器式圆筒型行波超声电机,该电机定子组件由定子圆筒和4个纵振夹心换能器组成,变幅杆和圆筒采用一整块硬铝合金加工而成。利用压电陶瓷片的纵向振动在夹心换能器中激励出纵向振动,实现两组换能器在定子圆筒上激励出2个幅值相等、在时间和空间上均相差p/2的弯振模态响应,2个弯振模态响应叠加在定子圆筒上形成弯曲振动行波,定子齿表面质点产生椭圆运动轨迹,进而通过和转子之间的摩擦耦合实现宏观运动输出。运用有限元法设计了定子圆筒和纵振夹心换能器,并实现了频率简并。测量结果表明,样机的最大转速为110 r/min,堵转力矩为0.5 N×m。     

混合激励型直线超声波电机的双相位控制研究

本文研究了混合激励型直线超声波电机的双相位控制特性,研究了多种双相位控制策略及对应的相位-速度关系。文章利用解析法推导了混合激励型直线超声波电机驻波表达式,推导了不同双相位控制策略下的电机的速度特性公式。利用ANSYS软件建立了电机有限元模型,通过谐响应分析进一步研究了不同双相位控制方案下驱动足振幅变化规律。最后搭建实验平台,通过实验进一步验证了双相位控制理论分析的正确性。     

径向换能型超声波电机定子振动模型

提出了一种弹性叶片式径向换能型超声波电机,分析了电机的结构与工作原理,建立了定子径向自由振动和受迫振动的解析模型,同时,为了进行对比验证,建立了定子振动的有限元模型进行模态分析和谐响应分析。分别采用两种模型计算得到了定子一阶径向自由振动的频率和在外加电压激励下受迫振动的径向振幅,两种模型的理论计算结果接近。采用阻抗特性分析仪测量了定子一阶径向自由振动的频率,并采用激光测振仪测量了定子外侧表面质点在外加电压作用下径向振动的振幅,将实验测试结果与理论计算结果进行对比,二者基本吻合。实验测试结果验证了所建立的定子振动的解析模型和有限元模型的有效性。最后,制作了原理性样机,验证了所提出的径向换能型超声波电机动作原理的可行性。     

基于ANSYS的直线超声波电动机仿真

研究了一种纵弯复合型的直线超声波电动机,介绍了其结构和工作原理,运用ANSYS 11有限元分析软件建立了压电振子的有限元模型,对压电振子进行了模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析和接触分析.通过仿真得到了压电振子的振型,计算了压电振子的产生纵弯复合振动的最佳频率,验证了压电振子驱动足的椭圆运动的形成,并通过接触分析证明了这种直线超声波电动机的可行性.仿真结果对纵弯复合模态的直线超声波电动机的设计具有重要的指导意义,为直线超声波电动机的制作和实验研究奠定了基础.