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。
     

利用音叉共鸣结构的大振幅双足压电直线电机

本文提出了一种根据人类行走姿态加以抽象的新型双足压电直线电机。音叉共鸣结构的引入使得驱动足可以产生大振幅,而且提高了压电换能效率,低电压即可驱动。驱动足实现大振幅的意义在于大大降低了对于导轨的要求,木轨、塑料轨等首次成为压电超声波电机的驱动导轨。本文建立了该电机简化的动力学模型,分析了定子拓扑结构、配重等设计参数对于输出机械性能的影响,给出了设计准则。通过实验测出了该电机的输出特性,最高输出速度为210mm/s,最大输出力为0. 5N。     

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。     

压电智能结构的一种模态控制新方法

提出了一个用于压电智能结构振动控制的模态控制方法。就智能梁给出了压电模态传感器与压电模态致动器的新设计方法以及相应的模态控制方法，并对相应的观测溢出与控制溢出问题进行了分析，给出了抑制这些溢出的措施。     

双足型直线超声电机的结构及实验

研制了一种新型直线超声电机，首先对其驱动机理进行探讨，设计电机的具体结构，其次对定子进行频率响应实验，模态实验，实验显示电机可有效激励出所需振型，正反向运动灵活，电机的工作频率42550Hz；最大无负载速度可达76mm／s，最大输出推力2N。     

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。     

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。     

双足驱动双压电晶片直线超声波电机运行机理研究

研究新型直线超声波电机运行机理,采用双压电晶片及双足驱动结构,具有结构简单、无需频率简并、易于小型化等优点。详述其结构、振形特点及工作机理。建立电机定子振动响应有限元模型,给出输入阻抗计算方法。用已建模型计算获得定子驱动足接触点在谐振频率点附近振幅,推导驱动足接触点运动轨迹。通过实测定子阻抗特性将所得结果与理论分析进行比较。     

纵振换能器与PVDF压电薄膜复合换能器研究

本文研究纵振换能器与PVDF薄膜构成复合接收换能器,既保留了纵振换能器的优点,又可实现平坦宽带接收响应。     

基于光控压电混合驱动悬臂梁独立模态控制

本文提出利用镧改性锆钛酸铅（PLZT）的光电效应,将PLZT作为电动势源来驱动压电作动器,从而实现光控板壳结构的振动控制。基于光控压电等效电学模型建立了光控压电混合驱动的数学模型,并进行了实验验证。为了实现光控悬臂梁的独立模态控制,针对悬臂梁结构,设计了正交模态传感器/作动器表面电极形状函数。提出PLZT与压电作动器正/反接控制的激励策略,并结合速度反馈定光强控制的控制算法,利用Newmark-β法对不同光照强度下悬臂梁的动态响应进行了数值仿真分析。分析结果证明了本文所设计的模态传感器/作动器及针对光控压电混合驱动提出的控制策略的正确性。     

纵—弯复合模式超声换能器的研究

研究了一种新型的纵-弯复合振动模式超声换能器,该换能器由均匀截面细棒及两组不同结构的压电陶瓷元件组成.导出了此类换能器的频率设计方程.实验表明,纵向共振频率与弯曲振动共振频率基本一致,且实测值与设计值比较符合.     

基于梳状扇形孔周期性结构的纵-扭复合模态超声振动系统

纵-扭超声振动系统可以提高加工效率与精度、增加表面强度,因而日益受到青睐,但是现有的纵-扭振动系统存在扭转分量较小,转化效率低等问题,基于此,论文对基于周期性结构的复合模态超声振动系统进行了研究,通过有限元仿真对复合模态周期性结构换能器的振动模态、谐振频率等特性进行分析验证。研究结果表明,两维梳状扇形孔周期和斜槽结构,可以增大纵、扭振振幅,位移旋度和剪切应力以及法向应力等,从而提高纵-扭转化能力。     

压电结构的自适应模态阻尼控制实验

文[1]提出了用分布式的、实时可调的压电片组建模态传感器及作动器实现准独立模态控制的方法，为结构的自适应控制提供了物质基础。本文在文[1]的基础上，结合自适应控制技术、进一步进行了基于这种独立模态控制策略的自适应阻尼控制实验研究，在压电板上取得了理想的控制效果。     

纵-弯复合振动超声挤压加工试验研究

为研究挤压加工时静压力、进给量和挤压速度等工艺参数对试件表面质量的影响,在挤压加工中引入纵-弯复合振动后对Q235钢轴件端面进行处理,并与普通挤压加工进行对比,基于正交试验结果构建了挤压加工后表面粗糙度和表面里氏硬度二次回归预测模型.试验发现:在相同加工工艺参数下,在普通挤压加工中引入纵-弯复合超声振动后获得的表面粗糙度Ra值更小,而表面里氏硬度值显著提高;采用两种挤压加工方法后工件表面粗糙度Ra值均随着静压力和进给量的增加而增大,而挤压速度的影响很小,进给量对表面粗糙度的影响最为显著;工件经超声挤压加工时静压力越大,则获得的表面硬度越大,且表面硬度随进给量的增大先增大后减小,而普通挤压加工后表面硬度随静压力和进给量的增大先增后减,且在两种加工方式下工件表面硬度基本不受挤压速度的影响.纵-弯复合振动超声挤压加工工艺适合Q235钢表面强化处理,构建的表面粗糙度和硬度的预测模型可用于指导Q235钢表面强化处理工艺生产.     

一种细长形非共振式压电直线电机结构优化设计EI北大核心CSCD

设计出一款基于桥式放大机构的细长形非共振压电直线电机,该电机尺寸为29 mm×5 mm×3.5 mm,论述了其工作原理,建立了物理模型并基于能量守恒原理推导出位移放大机构放大倍数的数学模型,通过仿真和试验验证了数学模型的正确性。根据数学模型得出了影响电机力学性能的各种结构参数,进而对结构参数进行了优化,最后研制出优化后的样机,并对优化前后的样机力学性能进行试验对比。试验结果显示,当两个驱动信号相位差为90°时,电机的输出驱动力达到最大;优化后的电机在峰值驱动电压为140 V、偏置电压为70 V、保持力为2.2 N的情况下,电机空载最高转速从6.69 mm/s线性增加到7.67 mm/s,速度载荷特性比优化前有明显的提升。研究结果表明,通过建立正确的数学模型能有效分析出影响电机性能的关键结构参数,改进后的电机力学性能得到显著提升。     

金属方柱压电片复合微型超声电机的研制

研制了一款金属方柱压电片复合微型超声电机。相对于圆柱型电机,这种形式的电机的电场极化更充分,以及信号线的焊接更易实现。定子帽的材料用钢或铜。文中计算了整个电机定子换能器的模态和谐响应,理论上分析了不同方向转动惯量一致,可以形成椭圆运动的原理。实验测试了电机的共振频率、转速、转矩等。结果表明这款电机的自由共振频率约100kHz,无载转速可达到6000r/min以上,最大转矩可达60!Nm以上,理论和实验基本一致。该电机具有很好的实用化前景。     

一种采用PVDF压电薄膜的弯张换能器

本文提出了一种采用PVDF压电薄膜代替弯张换能器的金属外壳的新型弯张换能器,即一种采用PVDF压电薄膜的弯张换能器。用阻抗分析仪、激光扫描测振仪和水声测量系统分别测量了采用PVDF压电薄膜的弯张换能器的谐振频率、带宽、发送电压响应、水平指向性。通过对比分析实验结果,可以看出该新型换能器与传统换能器一样可以将压电晶堆纵的振动转化为壳体的径向振动。     

智能板动荷载监测的压电单元模态法

基于对智能层合板结构的模态分析,提出由结构的压电模态响应反演瞬态荷载时间历程的有限元方法。介绍了压电模态传感器的实现原理,并给出了由实测压电单元输出得到结构模态响应的计算公式。采用无条件稳定的精细逐步积分法求解结构的模态动力学微分方程,构造了通过结构的模态响应反求荷载列阵的迭代算法。该方法作为动态激励的压电模态响应易于实时监测,迭代过程简单可靠、计算速度快、识别精度较高,适用于任意形状和边界条件的复杂型智能结构。实例表明了该方法的可行性。