一种基于纵弯模态复合的新型两自由度直线超声电机的研究

提出了一种基于两个弯曲振动模态与一个纵向振动模态复合的新型两自由度直线超声电机。介绍了这种电机的结构特点。阐述了电机实现两个自由度直线运动的原理，并从理论上证明了电机驱动点的运动轨迹为椭圆运动。在此基础上，利用有限元方法设计了电机，并制造了原理性样机。利用PSV-300F多普勒激光测振仪对电机的工作模态进行了测试，实验结果表明，电机的工作振型和工作频率等均满足设计要求。电机的试运行表明了其工作原理和设计结果的正确性，并给出了电机的输出性能。最后指出了该样机存在的问题和改进措施。     

一种利用纵振的直线超声电机(英文)

设计了一种利用变截面杆纵振模态工作的直线超声电机,该超声电机的特点是有两个变截面杆状并由一半圆环连接。位于圆环中间驱动足顶部质点以椭圆轨迹运动,当驱动足以一定预压力接触动子时,动子将输出直线运动。通过建立定子的有限元模型并对其进行谐响应分析验证了原理的可行性。提出了电机结构设计的要求,并通过有限元方法进行了结构参数灵敏度分析,为该类电机结构的设计提供了高效的方法。样机试验表明,该电机在100mm/s的运行速度下可以推动10N的负载。     

基于弯振模态的螺纹杆式直线超声电机(英文)

介绍了基于弯振模态的螺纹杆式直线超声电机的运行机理.在梁弯曲振动模型的基础上,对螺纹杆式直线超声电机进行动力学分析,推导出电机定子驱动点的空间运动轨迹方程,并阐明了电机运行机理.本文应用有限元法分析了电机的振动模态和结构,设计并研制了样机.样机定子的尺寸为13 mm×13 mm×30 mm,最后对电机输出特性进行了测试,最大输出力为5.2 N.     

单模态驱动双向运动的斜动子V形直线超声电机

针对双模态超声电机对模态频率一致性要求高以及单模态超声电机难以实现双向运动等问题,提出了一种单模态驱动双向运动的斜动子V形直线超声电机。电机由导轨和V形定子构成,导轨相对于V形定子倾斜安装,V形定子的工作模态为面内对称模态或面内反对称模态,通过切换工作模态改变定子驱动足运动轨迹相对导轨的倾斜方向,实现导轨正反向运动。在分析电机工作原理及设计原则的基础上,推导了电机运行的导轨倾角范围,并对设计制作的原理样机进行了模态实验和机械特性测试。实验表明:在导轨倾角为35°,激励峰峰值电压为600V,预压力为65 N条件下,当电机工作在面内对称模态,导轨正向运动,其最大空载速度为180mm/s,最大输出力为14N;当电机工作在面内反对称模态,导轨反向运动,其最大空载速度为125mm/s,最大输出力为24N。     

双模态切换式步进超声电机

利用环形定子的两个弯振模态交替工作的原理设计的一种驻波型步进式超声电机具有开环控制下无累积误差的特性。定子环弯振使定子上的驱动齿分别在两个工作模态下运动产生对转子的驱动力,定子齿与转子齿槽相配合实现步进定位,转子齿槽数决定电机步距角。分别对应于两个工作模态的两相正弦驱动信号经切换单元提供给电机,对不同电极扇区的激励控制电机转动方向,工作模态间的切换次数决定转动步数。原理样机转子齿槽数为72个,步距角为2.5°。试验结果表明电机运转稳定,没有失步现象。     

一种圆筒型非接触式超声电机

为提高圆筒型非接触超声电机的实用性,提出一种圆筒型非接触式超声电机,电机主要由圆筒形的定子和圆筒形的转子构成,通过轴输出扭矩。文中对该型电机的驱动机理进行了分析,利用声流理论分析该电机的驱动力,获得了堵转力矩的特性。最后采用激光多普勒测振仪测试了样机定子的振动特性,并测量了电机的转速和堵转力矩,最高转速达到2100r/min,堵转力矩为1.3×1-05N.m。研究结果表明,电机运行性能良好,理论分析方法是有效的。     

环形定子面内回转旋转超声电机原理

提出了利用两个相同的纵振振子与一个圆环相连接的定子结构,配合锥形转子构成的旋转型超声电机。采用两个振子激励下圆环所形成的回转运动推动压在其内圆内的锥形转子旋转的工作方式,定子连续驱动转子可获得较好的输出性能。两个工作模态分别由两个相同的振子激励,容易获得工作频率的一致性。该电机结构简单、制造成本低。原理样机空载转速为54 r/min,堵转力矩为0.33 N.m,起动时间为1.91 ms,关断时间为1.41 ms。     

旋转型行波超声电机定子模态频率的一致性调节

从分析超声电机的工作机理出发,指出旋转型行波超声电机定子两相模态频率不一致影响超声电机旋转稳定性和输出效率。针对材料不均匀或加工误差引起的两相模态频率不一致的问题,利用结构摄动理论,通过求解定子的动力学方程,找到了调节两相模态频率一致性的方法。利用这一方法,以南京航空航天大学研制的某TRUM-60型超声电机为例,进行了AN SY S有限元计算,寻找合适的调节位置,并对两相模态频率不一致进行了调节,利用多普勒激光测振仪,对修改前后的定子的模态频率进行了测试,两相模态频率差从调节前的0.42kH z变为调节后的0.04 kH z。结果表明:这种方法对于调节定子两相模态频率的一致性是非常有效的。     

超声椭圆振动化学机械抛光原理与实验系统

介绍了抛光工具超声椭圆振动产生的基本原理,并实际测试了抛光工具的椭圆运动特性。从理论上分析了在抛光工具上加入超声椭圆振动后,对改善和提高抛光效果的作用机理。在上述研究工作基础上,建立了超声椭圆振动辅助抛光实验系统并进行了实验研究。结果表明,该超声椭圆振动辅助抛光法对硅片抛光表面质量、材料去除率均有较显著的改善。     

钛合金微织构表面仿真及其摩擦性能实验研究

采用Matlab软件建立钛合金超声椭圆辅助车削表面微织构仿真模型。分析了超声椭圆振动辅助车削参数对微织构形貌的影响规律。设计了钛合金超声椭圆振动辅助车削表面微织构实验。利用自制摩擦实验装置获得微织构表面动摩擦系数。分析了进给速率、切削速度对微织构表面摩擦性能的影响。结果表明,随着进给速率的增大微织构表面动摩擦系数增大,而随着切削速度的增大微织构表面动摩擦系数降低。为了获得具有良好摩擦性能的微织构表面,超声椭圆振动辅助车削表面微织构过程中应该采用较低的进给速率、较高的切削速度。同时,相同切削参数获得的微织构表面在摩擦磨损实验中随着摩擦主轴转速的增大摩擦系数增大。因此,为了发挥微织构表面的性能,应该尽可能降低摩擦副之间的相对转速。     

大柔性压电梁振动主动控制实验研究与数值模拟

采用独立模态控制法对含压电片柔性梁进行了振动主动控制实验研究,实现了压电柔性梁前三阶振动模态的独立控制。由施加控制前、后的系统响应对比分析知,实施主动控制后,柔性结构的模态阻尼得到了很大的改善,振动抑制效果十分显著。同时利用Hamilton原理,推导含压电片柔性梁的动力学微分方程,对压电柔性梁前三阶振动主动控制进行了数值仿真,并将仿真结果与实验结果进行对比分析,两者的吻合性良好。研究结果表明,利用压电陶瓷作为驱动元件,采用独立模态控制法实现柔性结构的振动抑制是一种非常有效的振动主动控制方法,在航空航天等领域中具有广阔的应用前景。     

获取约束边界结构有效模态质量的一种方法——广义模态约束反力法

在力限振动试验复杂TDFS方法研究中,提出了一种带约束边界结构有效模态质量的获取方法—广义模态约束反力法。针对具有约束边界的结构,从其整体分块动力学方程出发,对其进行了详细理论推导,获得由各阶模态频率及对应的广义约束反力来计算各阶有效模态质量的理论方法。最终通过一端约束的悬臂梁的有限元计算结果说明了该方法的有效性。     

设计灵敏度分析的迭代模态法

在结构动态有限元数学模型修正、结构动力学修改以及结构动态设计中，灵敏度分析是十分重要的一环，往往也是主要计算工作量所在。如何在保证精确度前提下减少灵敏度分析工作量和计算时间，具有重要意义．本文提出的迭代模态法，可以大大提高特征向量对设计参数导数（模态灵敏度）的计算效率。本文还从理论上证明经典模态法和修改模态法只是迭代模态法的特殊情况。文中还给出了ＦＯＲＫ，３Ｄ－ＦＲＡＭＥ两种结构为实例的计算机仿真，并与已有两种模态方法进行比较。理论分析与计算机仿真表明，本方法不仅能充分保证特征向量灵敏度分析的精度，而且大大提高了计算速度．     

基于加速度测量的智能桁架结构振动主动控制

加速度传感器具有频带宽、结构简单、重量轻等优点而获得了广泛使用,因此研究基于加速度测量的结构控制系统具有较大的实用价值。文中的只能获得加速度时,采用模态滤波器技术实现从物理加速度响应解耦得到单模态加速度的响应。然后改变Ｌｕｅｎｂｅｒｇｅｒ观测器的结构形式,从模态加速度响应观测得到模态们移和模态速度响应。基于模态滤波器和最优控制理论,采用独立模态空间控制策略,实现了具有密集模态的三维柔性智能桁架结构     

一般线性阻尼系统的预解式以及模态正交性

本文研究一般线性阻尼系统的振动问题。仅假定系统的质量矩阵非奇异,将系统模态的加权正交关系式作了拓广,并利用相互等价的一次本征方程与二次本征方程间的转换关系,简捷地求得了预解式的各种模态展开式。     

纵弯模态复合的两自由度直线超声电机

所研制的两自由度直线超声电机由一个圆柱形定子和一个滑板组成.通过三组压电陶瓷元件在定子上分别激励出两个互相垂直的弯振模态和一个纵振模态.任一弯振模态和纵振模态的组合,可以驱动滑板沿x或y方向作直线运动.本文从提高电机的输出性能和驱动效率出发,提出了电机设计的要点.这些要点包括工作模态的选择、模态频率的一致性、压电陶瓷元件和支承元件的位置、预压力的大小和干扰模态的影响等.     

基于直线型超声电机的两自由度精密定位平台

搭建了一种新型两自由度精密定位平台,主要由直线型超声电机、直线导轨、工作台三部分组成。采用了直线型超声电机,利用非统一截面杆在正交方向上的两个四阶弯振模态作为工作模态,其最高速度为190mm／s,最大推力为19N。该平台具有响应速度快,无后冲,高精度,断电自锁和工作行程大的特点。在位置检测装置具有1μm分辨率的情况下,其闭环最高定位精度小于2μm,且开环分辨率可达到1μm。