预压力对压电驱动履带移动系统的性能影响

为了提高夹心式压电驱动移动系统的机械输出性能，提出了一种U型预压力调节机构，并开展了预压力对夹心式压电驱动履带移动系统输出性能影响关系的实验研究。首先，针对U型预压力调节机构的安装对夹心式压电振子的振动特性影响关系开展了有限元仿真分析，发现U型预压力调节机构始终处在夹心式压电振子的两相工作模态振动节点位置；其次，开展了夹心式压电驱动履带移动系统的原理样机的预压力调节测试实验，确定了系统的最大输出牵引力及其所对应的最佳预压力；最后，在最佳预压力工作状态下，开展了原理样机的牵引力特性、越障性能以及模拟月壤环境下的运动特性实验。研究结果表明，在最佳预压力工作状态下，夹心式压电驱动履带移动系统的机械输出性能最佳，为其进一步在月面巡视器上的应用提供了技术支持和试验基础。     

用于履带驱动的压电振子接触摩擦行为

为了提高传统压电振子驱动履带运动的工作效率以及运行速度,对压电振子的工作模式进行了改进。利用压电振子圆环部分绕节圆的扭转振动替代弯曲振动,将两个扭转振动驻波合成扭转振动的行波,获得了更适合压电振子驱动履带运动的工作模态,以提高压电振子的驱动效率。新的工作模式不仅增加了压电振子与履带的接触区域数,同时也减小了圆环部分的行波波谷与履带接触造成的能量损耗。通过有限元分析对压电振子进行了设计,制作了原理样机并进行了接触、摩擦行为实验分析。研究了不同预压力作用下,压电振子在不同硬度、粗糙度的履带材料表面上的运动特性,发现：材料的硬度越大,压电振子的负载能力越强;存在一个硬度、粗糙度、预压力之间的最佳搭配,使得压电振子运动速度达到最大。实验结果为后续的履带设计以及驱动系统的整体优化奠定了基础。     

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...     

超声电机环形定子驻波的扭曲和旋转

超声电机环形定子上的驻波变形和振型旋转的现象在实验中被观察到,行波和类行波出现在单相激励情况下。该文讨论了单相激励行波和类行波的成因,当环形定子具有一个非轴对称结构时,同形退化模态不再存在,代之以两个近频模态,由于结构阻尼对这两个模态贡献不同,使得响应出现相位差,行波出现。类行波实质上不是行波而是驻波的扭曲,只是看起来像行波。     

一种新型双驱动足直线超声电机的研究

提出一种新型的双驱动足直线超声电机.该电机定子为圆柱结构,2个正交的4阶同形弯曲模态为工作模态.在相差90°的两相同频率电信号激励下,定子产生回转运动,其上两个作为驱动足的圆盘交替推动直线导轨,实现双向直线运动.原理样机的最大推力为5.5 N,速度为103 mm/s,效率为33%.     

新型多自由度圆环形驻波超声电机

提出了一款新型多自由度圆环形驻波超声电机,该电机由一个球形转子和圆环形定子构成,利用二阶面内振动模态工作,可以实现三个方向的旋转运动。文中详细分析了该电机的运动机理,并根据有限元设计结果,研制了一台原理型样机。样机定子的外形尺寸为25.7mm×25.6mm×5mm,驱动频率为26.76kHz,绕三个方向的转速分别为：12r/min、10 r/min、12r/min。该款电机具有体积小、结构简单紧凑、无需考虑复合模态多自由度电机不同工作模态频率一致性的问题等特点,有望用于小型机器人、机器人眼球、机器手、机构姿态调节等驱动上。     

阶梯圆柱形压电振子直线型超声电机

针对现有直线型超声电机推力较小、效率不高的普遍现状,提出利用阶梯圆柱形压电振子驱动的直线型超声电机.其压电振子包含两组压电陶瓷单元,经逆压电效应激发阶梯形圆柱压电振子在两个正交方向上分别产生5阶弯曲振动,使振子两个圆盘形结构的表面质点形成椭圆运动,经摩擦作用于固定导轨,使振子组件沿导轨产生直线运动,进而构成直线型超声电机.采用有限元仿真方法确定结构尺寸,制作原理样机并进行了相关试验.原理样机获得如下性能:最大输出力为16.2 N;最大速度为180 mm/s;最大效率为38％;响应时间为24 ms;步进分辨率为2μm.     

用于精密定位平台的直线超声电机的异步并联

提出了直线超声电机异步并联的概念以提高精密定位平台驱动单元的位移分辨率、输出力及速度.基本原理是若干定子(或振子)在一个振动周期内交替驱动动子(或转子),使实际的驱动频率成倍提高,可以获得更好的输出性能.分析显示,提高定子与动子之间的接触频率可以提高输出力和速度,改善瞬态响应特性,并可避免同步并联方式下定子的相互干扰问...     

行波型旋转超声电机速度稳定性研究

为了提高行波型旋转超声电机速度稳定性,分析现有双轴承支撑情况下,加工和装配误差对速度稳定性的影响,认为沿圆周压力不均衡是造成速度波动的主要原因之一。提出了单轴承支撑附加调心结构的方案,使接触界面实现压力自平衡。理论和实验分析表明,这种方案使接触界面的压力分布更加均匀,速度稳定性更好。实验结果表明,与原结构对比,在超声电机输出力矩、速度范围等主要性能指标基本一致的情况下,超声电机的空载速度波动率降低了约40.0%,波动范围达到2.0%以内。     

超声电机湿热环境试验研究

为研究超声电机对湿热环境的耐受性,采用人工模拟加速法对其进行湿热环境试验,测试并比较超声电机湿热环境与常态环境下的电机机械性能、定子性能及摩擦材料吸湿性能.试验结果表明,经过湿热环境加速试验后,超声电机仍可正常工作;电机机械性能与定子性能试验前后较稳定;以聚四氟乙烯作为摩擦材料基体对超声电机在湿热环境下工作或储藏较适合...