双振子弯曲模态直线超声电机的结构设计

通过直线超声电机的结构形式和夹持方式的设计,改善电机的速度稳定性。提出了一款新型直线超声电机。该电机采用矩形板结构,它仅利用了矩形板结构的弯曲振动,有利于提高电机的输出效率;采用双振子结构,有利于提高电机双向速度一致性;单个振子采用一端铰支的夹持方式,有利于提高电机的结构稳定性和速度稳定性。探讨了定子的夹持形式对定子的运动自由度、结构稳定性和速度稳定性的影响规律,提出了有利于结构稳定、速度稳定的定子形式和加持方式;通过ANSYS仿真估算定子振动的对称和反对称模态频率,通过结构优化提高两相模态频率一致性。     

直线超声电机的研究进展

文中概述了直线超声电机特点、类型、驱动原理及其在国内外的发展研究现状，展望了直线超声电机的应用前景。     

低压驱动V形直线超声电机的设计

针对传统V形直线超声电机驱动电压较大、驱动电路复杂,在配合变压器驱动时不利于结构微型化的问题,提出了一种利用叠层压电陶瓷驱动的低压V形直线超声电机.在对V形直线超声电机的运行机理进行理论分析的基础上,设计了基于叠层压电陶瓷的V形振子并进行了夹持装置的结构设计,进一步制作样机并开展了阻抗实验,测试了样机的外输出特性.实验...     

扇形直线超声电机的结构设计

为了探索板结构直线超声电机的设计方法,提出一种新型板结构直线超声电机。该电机的定子为4个兰杰文振子构成的扇形结构,有利于提高空间的利用效率和增加电机的能量密度。兰杰文振子有明确的纵振节点,这有利于电机的夹持。提出了电机定子结构形式,分析其运动机理,并研制了样机。实验结果表明,该电机运行平稳,最大推力为15.3N,运行速度为1.2m/s,推重比为5.4。     

二级杠杆柔性铰链复合结构的双足压电直线电机

为实现精密机械装置的快速定位,增加压电直线电机中位移放大结构对压电叠堆输出位移的放大能力,提出了一种基于二级杠杆和柔性铰链复合结构的新型双足压电直线电机。首先,对电机的作动原理进行分析,推导了驱动足轨迹方程。为提高其输出性能,对直圆型柔性铰链的参数进行了优化,得到最佳铰链参数为厚度th=0.2mm、切割半径Rh=1mm和宽度bh=10mm。最后,制作了该电机样机并进行了振幅、速度和负载性能测试,基于正交试验方法对电机速度进行了分析,得出电压对电机速度的影响更灵敏。实验结果表明,驱动足Ⅰ、Ⅱ的位移振幅分别在75μm和63μm附近波动,差值约为12μm;在120V、110Hz的信号激励下速度达16.163mm/s,最大负载能力为1.7N。与现有的压电直线电机相比较,该电机结构简单,易于安装调试,具有响应快、大振幅、速度大且运行稳定的特点。     

碟形直线超声电机优化设计

为了有效和快速地实现直线型超声电机的设计,提出了一种基于响应面法的直线超声电机优化设计方法并应用于蝶形直线型超声电机.响应面法是一种试验设计与数理统计相结合的优化方法.首先,利用有限元法建立定子的参数化模型并选定设计变量;其次,利用试验设计方法在变量空间里选取样本点,对各个样本点所对应的结构利用APDL建立有限元模型并进行模态分析和谐响应分析,得到对应各样本点的响应值,利用这些样本点和响应值建立定子响应面近似模型;最后,利用单纯形法找到最佳的设计方案.优化结果显示,蝶形直线超声电机的多方面设计要求都得以实现.     

卧式板型直线超声电机的微型化

基于L1B4板型直线超声电机,研制了一种外型尺寸为36mm×5mm×4mm的卧式板型微型直线超声电机。论述了电机的工作原理和运行机理,使用解析法和有限元法进行了微型化结构设计,分析了定子的振动模态,并实现了频率简并。通过模拟压电激励的动态频率响应,对比了样机的5片压电陶瓷布置方案和常用的两片压电陶瓷布置方案的共振位移响应曲线,证实了采用5片压电陶瓷布置方案增大了输出端点处产生的振动位移。样机特性测试实验表明,当激励信号电压为150Vpp,频率为62kHz时,电机最大速度为183.7mm/s,输出推力为50mN。预期该电机可以用于电机安置空间比较狭窄且需要一定动力的直线驱动场合。     

双柔铰导向式非共振压电直线电机

光波导封装等领域对拥有大行程、高精度以及高分辨率的微位移平台有大量需求,在研究微位移平台的过程中设计了一种双铰链导向式非共振压电直线电机。简述了电机的工作原理,完成了电机的结构设计,制作出电机的样机并完成相关的实验,实验设备主要有信号发生器、功率放大器、示波器和激光位移传感器等。实验表明,电机最大速度达到10.36mm/s,分辨率达到0.3μm,理论最大输出推力达到8.33N,电机设计达到预期目的。     

复合材料型超声直线电机的研究

本文提出了一种利用复合材料CFRP(CarbonFiberReinforcedPlastics)的新型超声直线电机。这种电机基于纤维单向排列时CFRP的正交各向异性特点,利用压电振子激励CFRP产生倾斜振动,通过导轨表面的反作用力推动电机移动,结构简单,易于制造。文中阐述了这种电机的结构、工作原理、动力学方程、固有频率计算公式以及电机的特性曲线     

四足直线超声电机模态频率一致性调节

在分析四足直线超声电机工作机理的基础之上,指出超声电机定子两工作模态频率不一致会影响超声电机的输出性能和效率。针对这一问题,根据初等结构摄动理论,结合四足直线超声电机定子动力学方程,借助有限元分析软件,找到了调节四足直线超声电机定子两相工作模态频率一致性调节的合理位置,以及对该位置进行修改时修改量与定子两工作模态频率差值的关系。对某一样机定子进行了频率一致性调节试验,该样机定子两相模态频率差值从调节前的400Hz减小到82Hz。试验结果表明,采用这一方法对四足直线超声电机定子模态频率进行一致性调节是方便且有效可行的。     

双足型直线超声电机的实验研究

研制了一种新型直线超声电机,首先对其驱动机理进行了探讨,设计了电机的具体结构。其次对振子进行了频率响应实验,模态实验,实验表明电机可有效激励出所需振型。分别测定了电机的频率-速度关系、电压-速度关系、相位-速度关系。电机运行中正反两向运动灵活,工作状态稳定,速度基本与输入电压成正比,可采用调压调速;其最大无负载速度可达76 mm/s,最大输出推力2 N,达到了预期设计的目的。     

直线超声电机设计、建模和应用的研究进展

直线超声电机作为一种新型作动器,以其独特的结构和驱动原理,在高新技术领域有着广泛的应用。首先,回顾了电机结构设计方面的研究进展,提出了电机的设计理论和方法,阐述了电机结构形式的演化和夹持结构的设计方法;其次,介绍了有关电机理论模型的研究进展,提出了定子机电耦合模型、摩擦接触模型和定/动子冲击模型等;最后,报道了直线超声电机在高精度运动平台、细胞显微操作、微夹持器和绝对重力仪方面的最新应用。     

宏微直线压电电机微驱动机构设计与分析

为了解决宏微驱动直线压电电机微驱动位移较小、对宏动定位误差的补偿能力不足的问题,提出一种宏微驱动钹型直线压电电机。采用钹型复合压电叠堆为驱动单元替换压电陶瓷片组成的压电叠堆,实现轴向位移的一次放大,通过弹性拨齿的柔性铰链结构将钹型压电叠堆输出的微位移二次放大。该电机可在特定的驱动频率、工作电压和相位差下实现振子振动模态下的超声驱动,也可以通过微位移放大机构实现静态变形的微驱动(蠕动)。建立了该直线压电电机的三维有限元模型,利用有限元软件分别对弹性拨齿、钹型压电叠堆和复合振子进行静力学分析和静态优化设计。有限元仿真表明:基于柔性铰链结构的弹性拨齿经过优化后,最小刚度小于钹型压电叠堆的最小刚度;在相同条件下,优化后钹型压电叠堆沿轴向方向的静态变形量比由压电陶瓷片组成的压电叠堆的静态变形量提高了8.45倍;采用基于柔性铰链结构的弹性拨齿和钹型压电叠堆组成的复合振子的拨齿质点沿水平方向的静态位移量比优化前提高了12.1%,大幅提高了微驱动对宏动定位误差的补偿能力,为压电电机微驱动的结构设计及优化提供依据。     

基于直线超声电机控制的供油调节器

针对传统弹用涡扇发动机的供油调节器存在结构复杂、燃油调节速度低和电磁兼容性差等不足,提出了一种基于直线型超声电机驱动的新型供油调节器。分析了直线型超声电机驱动供油调节器进行燃油流量控制的机理,建立了调节器执行机构运动的物理模型,分别推导了执行机构在启动加速、稳态匀速、制动减速三个过程的运动方程。在此基础上,通过数值计算方法对其燃油调节时间进行了计算,最后通过试验进行了验证。结果表明,该调节器的燃油调节时间达到毫秒级,较传统供油调节器缩短了1~2个数量级,可更加快速地调整飞行器飞行状态,有效提高其机动和生存能力。     

棒型直线超声电机最佳激励位置的确定

建立了棒型直线超声电机驱动振子纵向和弯曲振动的力学模型,分析了压电陶瓷位置对驱动振子特定振型振动的激励响应的影响,从而给出了确定激励纵向、弯曲振动的压电陶瓷的最佳安放位置的原则。     

双足反向型直线超声电机的优化设计及性能仿真

为实现成对微部件反向同步动作的精密定位,设计了一种双足反向型直线超声电机。该电机以矩形板面内一阶纵振和二阶弯振模态为工作模态,通过三角形结构将激励振动放大并在驱动足位置形成椭圆运动,从而驱动两滑条实现反向直线输出。基于工作频率一致性要求进行了电机结构优化,采用谐响应分析验证了设计的可行性。建立定子滑条刚柔接触有限元模型,实现了电机输出性能的仿真。仿真结果说明该电机具有较好的稳定性,空载速度和输出推力分别达到120mm/s和30N。     

直线型超声电机的发展及应用

概述了直线型超声电机的运动机理，综述了国内外直线型超声电机的发展及其研究现状，列举了一些典型例子，总结了直线型超声电机的应用领域。针对现在直线型超声电机在理论、实验、材料等方面存在的问题，指出了在其研究开发中需要解决的关键技术。