十字形压电振子同型模态振动驱动的平面电机

提出十字形压电振子同型模态驱动的压电平面电机新原理,选定该振子的面外弯振、面内横杆弯振、面内纵杆弯振为工作模态,利用面外弯振分别与面内纵杆弯振、面内横杆弯振的振动耦合,在纵、横杆驱动足上生成沿x Oz、y Oz面行进的椭圆轨迹以推动动子沿x、y向移动。阐明电机驱动原理,优化出振子尺寸为60 mm×60 mm×7.8mm,厘定电机最适驱动频率为30 127 Hz。建立振子机电耦合模型,研究驱动足的振动特性,模拟出驱动足的椭圆轨迹,仿真得到在250 V电压激励时驱动足的x、y、z向振幅分别为1.6μm、1.6μm和1.2μm。建立电机的整机分析模型,探析驱动电压、频率、相位差、预紧力对电机速度的影响。在正常驱动条件下,电机速度可达50 mm/s。该电机在平面装置驱动中的应用前景广泛。     

U型变截面薄板面内复合模态驱动的直线超声电机

提出一种U型变截面薄板结构驱动的压电直线超声电机,选定U板两纵杆的一阶反对称纵振和二阶对称弯振为工作模态。阐释了电机驱动机理,推导了定子驱动端椭圆运动轨迹;基于纵、弯工作模态频率一致性模型,优化了电机结构尺寸;通过谐响应分析及激光测振试验,证实了定子工作模态的存在及其纯正性;设计出电机装配结构,制作出其原型样机;构建电机驱动控制平台,驱动电机运转,验证电机原理的可行性。通过速度特性试验发现:当驱动频率为78.11 kHz且电压幅值为240 V时,电机最大运动速度可达125.6 mm/s。     

双十字压电振子同型弯振模态驱动的平面超声电机

为了丰富平面超声电机的型式,提出一种双十字压电振子同型弯振模态驱动的平面超声电机。利用双十字压电振子的纵杆面内、面外弯振耦合以及横杆面内、面外弯振耦合,分别在两杆的驱动足上合成沿xoz、yoz面行进的两相椭圆轨迹,以交替地推动动子沿x、y向移动。分析了该平面超声电机的驱动机理,并推导出两相椭圆轨迹方程。建立了双十字压电振子机电耦合模型,对其三相工作模态的振型进行仿真分析,并在结构优化的基础上实现了三相工作模态频率一致,使它们分别为43 468,43 552和43 569 Hz。仿真了双十字压电振子的频响特性并实现了干扰模态分离,当驱动电压为250 V时,驱动足x、y、z向振幅分别为1.3,0.8和0.9 μm,满足电机驱动要求。模拟得到定频激励下双十字压电振子驱动足的两相椭圆运动轨迹,验证了所设计平面超声电机驱动机理的有效性。该平面超声电机可输出较大速度与动力,具有广阔的应用前景。     

纵弯复合多自由度球形超声电机的研究

摘 要：目前国内外对多自由度超声电机的研究和应用尚属探索阶段,出现了多种结构的多自由度超声电机。本文提出了一种新型单振子纵弯夹心换能器式超声电机结构,由单一驱动足产生多自由度振动轨迹,驱动球形转子作多自由度运动;对十字交叉换能器做了模态分析,对纵振和弯振做了模态简并;建立了驱动足的运动轨迹方程,并仿真分析了典型驱动方式下驱动足的振动轨迹;试验测试了样机转子绕X、Y、Z轴转动的速度与电压之间的关系和转矩与速度之间的关系,计算了相应情况下电机的最大效率;电机旋转方向与分析结果一致。
     

基于音圈电机的柔性杆自抗扰LQR抑振控制算法研究

该研究将音圈电机作动的二重动力吸振器(dynamicvibration absorber, DVA)应用于柔性杆端部来实现振动抑制。为克服柔性杆本身容易受扰和DVA抑振带宽不足的问题，采用两个小型音圈电机构成主动式二重DVA,针对该DVA设计主动振动控制方法。首先，基于柔性杆的动力学等效建立了状态空间模型，在分析音圈电机的驱动特性后，采用线性二次型最优控制(linear quadratic regulator, LQR)反馈控制器最小化扰动通道的传递函数增益，结合非线性跟踪微分器同时滤波和提取微分信号；在此基础上，引入时变增益的扩张状态观测器对模型不确定性、高阶模态以及未知扰动进行补偿。对抑振效果进行仿真分析，结果表明基于音圈电机的二重DVA与自抗扰LQR控制器相结合，抑制柔性杆端残余振动，兼有强鲁棒性和抗扰能力。     

纵振换能器式圆筒型超声电机振动特性的研究

以纵振夹心换能器式圆筒型超声电机为研究对象,对换能器的振动状态进行了分析,给出了换能器弯曲振动的产生原因;研究了耦生弯振对电机机电耦合系数以及圆筒中弯振行波质量所带来的影响,耦生弯振的存在使得定子模态特征频率偏离换能器谐振频率,并使得定子圆筒中的弯振行波产生了畸变。最后,提出一种采用换能器弯振激励圆筒径向弯振的模态组合方式。     

单相斜轨塔形直线超声电机设计与实验

对一种理论斜直线运动轨迹的单相驱动双向运动的直线超声电机进行了理论及实验研究.该电机由塔形定子和倾斜一定角度安装的导轨组成,定子的两个正交工作模态为y-z面内对称振动模态和x-z面内弯振模态,分别对应电机的正反运动方向,利用在工作模态下定子驱动足表面质点相对于导轨的理论斜直线运动来驱动导轨运动.分析了电机的工作原理,推导了电机运行的导轨倾角范围,研制了样机,并进行了模态实验和机械特性实验.实验表明:在导轨倾斜角为35°、激励电压500 Vp-p、预压力4.5 N下,当电机工作在y-z面内对称振动模态,电机正向运动,最大空载速度为79 mm/s,最大输出力为0.5 N;当电机工作在x-z面内弯振模态,电机反向运动,最大空载速度为756 mm/s,最大输出力0.8 N.     

新型纵扭压电电机接触模型研究

提出一种新型贴片式纵扭压电电机,包含定子,转子和预压力系统等。电机定子经过特殊的开槽处理形成多振子结构,振子由金属基体和粘贴在其外表面的压电陶瓷构成,益于简化电机结构。通过合理的参数调整,使定子的一阶纵振模态和二阶扭转模态频率尽可能相同,并且振子均工作在共振状态,提高了电机效率。为评估设计电机的整体性能,建立了定子和转子的有限元接触模型,并对电机的接触特性进行分析研究。通过接触静态和瞬态求解,得到空载情况下接触区的压力分布、接触状态及滑动距离等参数,同时得到电机的转速变化曲线和输出性能等。分析结果表明该纵扭电机为多面接触,接触压力不存在局部高度集中的情况,且接触区域存在滑动。最后,根据设计的电机参数,加工原理样机,对理论分析进行实验验证。     

盆架型压电平面电机响应面法动力学特性优化

为解决压电电机定子在设计过程中存在的定子结构尺寸难以拟定、驱动足激励变形难以最大化以及进行多目标设计时难以求得全局最优解等问题,以盆架型压电电机定子为研究对象,在以有限元法构造定子参数化模型的基础上,利用模态置信准则(modal Assurance Criterion,MAC)进行定子工作模态的筛选与捕获,采用中心复合设计法(Central Composite Design,CCD)生成采样计算点,结合克里金法(Kriging Method)搭建相关特征结构尺寸参数的响应面优化模型,并运用多目标遗传优化算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)在基于响应面模型所得的设计空间内进行最优解的全局搜索。通过定子谐响应分析得到弯-纵振频差相对于“试凑法”所得结果下降30 %,且无明显干扰模态,由此验证了优化模型的正确性。瞬态分析结果表明定子驱动足的x 方向位移为6.4 μm,y 方向位移为5.48 μm,z 方向位移为6.16 μm,各相位移均有明显增长。说明根据优化设计得到的定子驱动足位移更大,三相工作模态更接近,电机运行更加平稳。     

旋转式惯性压电电机的振子模型研究

提出了一种新型旋转式压电惯性电机,利用压电双晶片振子作为驱动元件,用锯齿波作为激励电信号产生惯性冲击力使电机旋转。分析了旋转式压电惯性电机的驱动机理,建立了压电振子的动力学模型,求解了振子的自由振动固有频率和模态函数。分析了影响压电振子固有频率的系统参数及其影响规律。计算结果表明梁端部模态函数值与质量系数α的值成反比。这些结论为压电惯性电机的设计和进一步的研究提出了新的思路和方法。     

纵弯模态复合型直线超声电机定子质心振动研究

针对纵弯模态复合型直线超声电机的质心振动问题,采用等效非线性弹簧层接触理论,建立了刚性平面接触模型和定子法向运动的动力学模型,进而解出一阶纵振模态和定子质心振动的动力学方程,得出质心振动的稳态解。根据建立的模型,分析了定子质心振动对电机机械输出性能的影响;并通过MATLAB仿真计算进一步分析了预压力弹簧刚度、预压力大小等因素对定子质心振动响应的影响。最后制作样机并开展了实验研究。实验表明模型是有效的,该研究可以为直线超声电机的动力学建模和结构优化设计提供理论依据。     

基于非线性能量吸振器的高耸结构减振分析

非线性能量阱(NES)类型的振子具有宽频吸振的特性,可利用其对高耸结构进行减振。通过建立相应的偏微分运动方程,并利用伽辽金法及Rauscher方法,获得了非线性模态的解析解,揭示了NES振子的吸振原理。再通过非线性有限元分析,对该系统振动特性随NES振子各参数的变化进行了研究。研究结果表明:NES振子存在最优参数从而明显地抑制结构振动,最大可使结构振动减为原来的20%左右;所提出的经验公式可方便地计算NES振子立方非线性刚度系数的最优值,且与有限元计算结果吻合。     

球磨机旋转简体的声振耦合特性分析

球磨机噪声主要来源于旋转简体的振动。为减小结构振动产生的噪声,基于结构-声场耦合有限元方法,对旋转简体的声、振特性进行分析,阐明筒体的结构振动模态特性,结构声模态特性及其声振耦合的关系,并找出对筒体噪声辐射效率贡献量较大的几阶结构模态。该分析结论对球磨机噪声机理的研究、有存储作用。     

球磨机旋转筒体的声振耦合特性分析

球磨机噪声主要来源于旋转简体的振动。为减小结构振动产生的噪声,基于结构-声场耦合有限元方法,对旋转简体的声、振特性进行分析,阐明筒体的结构振动模态特性,结构声模态特性及其声振耦合的关系,并找出对筒体噪声辐射效率贡献量较大的几阶结构模态。该分析结论对球磨机噪声机理的研究、有存储作用。     

超声电机振子振型激励技术研究进展

超声电机是靠压电陶瓷的逆压电效应激发振子的共振,利用振子、动子之间的摩擦耦合来推动动子运动的。根据合成振子和动子接触面质点的周期运动所需的模态数目, 超声电机振型激励技术可以分为单一振动模态类、两同频振动模态叠加类和多个振动模态叠加类,文中介绍了各类中具有代表性的超声电机的振型激励原理和特点,最后对超声电机振子振型激励技术的发展方向进行了展望。     

动力传动系统扭转模态及灵敏度分析

针对某款前置前驱乘用车的动力传动系统,进行了扭转模态及灵敏度的分析,使用ADAMS工程软件建立了动力传动系统模型。结合实际车型,计算了动力传动系统的固有频率、振型、扭振响应和刚度参数对系统的灵敏度。主要从调整离合器与驱动轴的刚度及阻尼,进行动力传动系统扭振的优化。这项研究为进一步分析动力传动系统零部件匹配对扭转振动的影响及改进扭振性能具有一定指导作用。     

任意边界条件非局部弹性杆纵振特性分析

基于非局部弹性理论,研究了弹性边界约束条件下杆结构纵向振动特性。在非局部杆两端引入纵向约束弹簧,通过设置相应弹簧刚度系数,可以得任意经典边界及其组合情况下非局部杆结构纵振问题。非局部弹性杆纵振位移采用一种改进傅立叶级数进行展开,在标准傅立叶级数基础上构造附加函数,以使纵振位移在整个求解域内足够光滑。通过联合求解非局部纵振微分方程与弹性边界约束条件获得系统特征矩阵。通过与现有文献中不同边界条件非局部弹性杆纵振模态数据进行对比,充分验证了所构造模型的正确性。在此基础上讨论了边界约束刚度系数和非局部特征参数对非局部弹性杆纵振特性的影响。与现有方法相比,该方法能够统一考虑任意边界条件,当边界条件改变时不需要对理论推导和计算程序进行重新修改,实现了非局部弹性杆纵振特性分析的最为一般情况。     

船艉结构动力吸振器的试验研究

本文运用模态子结构综合法进行结构动态计算和用实验模态分析法进行模型试验,对悬臂平板和结构模型的动力吸振器主要参数进行了比较系统的优化研究.并根据结构具有多模态的特点,针对结构的不同模态分别安装不同的动力吸振器,在比较宽的频率范围内取得了明显的吸振效果.     

网壳风振响应主要贡献模态的识别及模态相关性影响分析

网壳结构具有模态分布密集的特点,在风振计算中,通常需要考虑多个模态的贡献,甚至需要考虑模态至相关的影响。因此,对网壳风振响应主要贡献模态的识别及相关性影响分析研究显得必要。文中提出,依据归一化模态广义位移协方差矩阵来判别网壳风振主要贡献模态以及分析模态相关性影响,是个简明直观的方法。文中还提出了网壳风振模态特性矩阵的概念,该矩阵与归一化模态广义位移协方差矩阵所反映的模态贡献主次关系的性质非常相似,同样可以用于模态分析,但计算量可以大大减小。     

径向-扭转振动复合型超声波电机的理论与实验研究

纵扭复合型超声波电机比其他超声波电机更具低速大力矩的特点,可以直接驱动负载,适合航空航天领域的应用.不过由于纵、扭振动在定子中的传播速度不一样,其纵、扭两相谐振频率的调谐一直是个难题.提出一种新型的中空结构的径向-扭转振动复合型超声波电机,采用一对纵振压电陶瓷和一对扭振压电陶瓷的组合方式,利用了径向一阶振动模态和扭振一阶振动模态,并通过电机定子的中空结构和尺寸的调整,使径向和扭转两相基频一致.首先从理论上分析了此方案的可行性,即提出了两相调谐的方法,并对以前的模型加以改进,然后根据理论分析制作了Φ60 mm的样机,经过试验,发现其性能满足设计要求,样机的最高转速为40 r/min,堵转力矩为3.2 N·m.研制的超声波电机较其他电机具有轴向尺寸小和重量轻等特点,可以减小质量40%.