一种新型微型杆式超声电机及其驱动原理

提出了一种新型微型杆式超声电机,并对该杆式电机的驱动机理进行了仿真。该电机采用两段金属柱体压紧5片压电陶瓷片作为定子。该定子结构和压电陶瓷片的布局方式可以提高其机电转换效率。为尽量减小定、转子之间的径向滑移以提高摩擦传动效率,电机采用了柔性转子,对原理样机及其微型驱动器进行了性能实验。电机的外径为9mm,长度为15mm,重3.2g。当电机工作在杆式定子的一阶弯曲频率(72kHz)附近时,电机实测最大转速为520r/min,最大输出力矩为4.5mN·m。实验结果表明,该电机具有良好的稳定性,利用频率自动跟踪技术对电机转速进行闭环控制,可以将其转速波动稳定在3%之内。     

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。     

三自由度超声电机定子的优化设计

研制了一种基于两个弯振模态和一个纵振模态 ,可分别绕 x,y,z轴转动的圆柱 -球体三自由度超声电机。从电机设计的角度讲 ,使电机的定子具有合适的工作模态是至关重要的。在通常情况下 ,人们往往采用试凑的办法来满足其工作模态的要求。但“试凑法”是经验性的 ,不仅耗时多 ,效率低 ,而且有可能得不到满意的结果。为此 ,本文建立了定子的优化设计数学模型 ,在 MATLAB环境下编写了相应的优化设计程序 ,并根据其优化设计结果 ,设计和制造了定子和电机的原型样机 ,其外径为 2 0 mm,长度为 67mm,重量为 1 5 7g。实验结果表明 :电机定子的模态频率和振型满足设计要求 ,并与优化结果相吻合。故本文提出的优化设计方法是可行和有效的 ,并可大大提高设计效率     

模态转换型超声电机中的椭圆运动

讨论了模态转换型超声电机表面质点椭圆运动的形成,研究了基于定、转子耦合和利用独立耦合器的模态转换型超声电机的原理。通过对具有斜槽的纵扭振动耦合器上观察到的表面质点椭圆运动进行的理论分析,提出了一种利用主结构中的子结构的局部振动获得模态转换的方法,可用于模态转换型超声电机的设计。     

圆柱型超声电机驱动质点的运动分析与接触结构设计

针对目前圆柱型超声电机定、转子间相对滑动较大,导致电机效率低下等问题,推导了定子端面驱动质点的运动轨迹方程,并利用MATLAB软件对驱动质点的运动轨迹进行仿真分析;采用有限元法对本研究提出的柔性接触结构进行接触变形分析;对定子进行模态和谐响应分析。结果表明：定子端面驱动质点的运动轨迹为一椭圆,椭圆面与定子端面呈一定夹角;本研究提出的柔性接触结构能有效减少定、转子间的相对滑动。     

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.     

交流发电机定子挡盖的模态分析

造成电机噪声的主要原因是电机的振动。然而,电机定子的振动不仅使电机产生噪声,而且会造成定子绕组的磨损或短路。本文首先将JFZ1931型车用交流发电机定子挡盖进行模态分析,并将分析数据与实验数据作对比;找出对振动影响比较大的模态,并且围绕能否与工频50Hz和倍频100Hz产生共振来判断零件的可靠性。结果表明JFZ1931型车用交流发电机定子挡盖在振动过称中是安全可靠的。     

单振子激励的面内行波旋转超声电机原理

提出了一个单振子激励的面内行波旋转超声电机原理.该电机具有一个连接一个杆形振子的圆环形定子和两个锥形转子,锥形转子由预压力机构压在定子圆环的内边缘.杆形振子为夹心式结构,两组压电陶瓷固定在其中.一组用于激励杆的纵向振动;另一组用于激励杆的弯曲振动.有限元仿真表明: 在杆的纵向振动和弯曲振动共同作用下,定子环上形成了面内行波.利用这个原理制作的样机具有如下性能:空载转速36 r/min,堵转力矩0.25 N·m,起动时间2.53 ms,关断时间3.48 ms.该型电机的定子利用了一个振子激发定子环面内行波,结构简单、紧凑,可望用于机器人关节和一些姿态调整机构的驱动.     

用于磁头驱动的直线超声电机研究

直线超声电机具有结构简单、体积重量小、精度高、响应快、不受磁场干扰以及安装气隙影响等,是近年来研究较热的一种新型直线电机。本文以计算机硬盘磁头驱动为例,分析了直线电机用于磁头驱动的特点及要求,概述了直线超声电机在磁头驱动中的应用研究现状及前景,构建了一种新型直线超声电机模型,并讨论了其应用的关键问题。     

超声电机的激励方法及应用研究

对超声电机激励方法开展研究,有利于电机结构的优化与性能的提升。研究得出,增大压电陶瓷的厚度,或减小压电陶瓷的激励面积,可以获取更大的机电耦合效率。动态电阻和动态电容变小可以降低电机内部的机械损耗,提高机械品质因子。将接触刚度、介电损耗和机电耦合系数均考虑在内进行计算,设计出性能更佳的超声电机。通过应用分析可知,改善定子振动模态和结构尺寸,能够提高定子有效机电耦合系数,有利于降低电机的电源功耗,提高电机效率。     

圆柱-球体三自由度超声电机及其控制

研制了一种一阶纵振和二阶弯振模态组合的圆柱-球体三自由度超声电机。研究了其中两个自由度的运动轨迹跟踪控制策略,并将其应用于电机样机的控制。其中,运转速度的控制采用激励电压幅值调节法,针对位置控制提出了两种运动轨迹控制策略一种是逐点比较控制,另一种是矢量分解控制。本文提出了调节激励电压幅值的3种脉冲宽度调制(PWM)方法,对这些方法作了比较,并通过一系列实验得到验证。结果表明当改变激励电压幅值时,保持3个振动模态的相位差不变和激励电压信号不失真,是简化控制过程、提高控制性能的关键;矢量控制法效果较好,并有轨迹跟踪误差小、运动平稳和噪声小等优点。     

电动汽车用内置式永磁无刷直流电机设计研究

设计一台电动汽车用内置式永磁无刷直流电动机,分析气隙尺寸、永磁体厚度、定子绕组匝数等主要结构参数对电机效率、转矩电流比的影响,针对电动车辆复杂的工况对比分析不同负载率下电机的运行性能,完成优化样机研制及测试.研究结果表明：在机械加工能力允许的前提下,适当减小气隙长度可提高电机低速区性能;在兼顾成本的同时,适当增加永磁体用量可提升电机整体性能;适当减少绕组匝数可提高电机高速区性能,但会导致低速区的转矩电流比下降.电机在额定负载时整体效率最高,说明设计方案对额定点的选取合理;转矩电流比随负载率的增加而增大,分析认为这与输出转矩中的磁阻转矩分量有关,这是内置式永磁电机与表贴式永磁电机的一个重要区别,设计需要特别注意.样机测试结果表明：恒转矩区和恒功率区的转矩、功率都满足驱动系统要求.     

模式可调智能振动压路机动力学特性的建模与仿真

分析了智能振动压路机多模式调整原理;并根据其结构特点,提出一种基于水平振荡和垂直振动的整体动力学模型.以XG6133D型智能压路机为例,研究了压实进程中振动轮、机架在多模式下及减振系统参数发生变化时的动力学响应特性.仿真结果表明,在压实进程中应主动控制减振器参数和调整激振模式,以提高压实效率及改善驾驶舒适性.     

琵琶共鸣面板的振动模态分析

为研究琵琶共鸣面板的声学振动性能，采用快速傅里叶变换频谱分析仪测定了共鸣面板在0～1 000 Hz频率范围内的各阶振动频率，并分析了各阶振动频率对应的振动模态。结果表明:共鸣面板的振动可以分成顺纹理方向弯曲振动、横纹理方向弯曲振动、顺纹理与横纹理方向弯曲振动叠加而成的扭转振动3种，但扭转振动的振型并不是简单地由2个方向的弯曲振动叠加而成；各阶振动振型基本呈y轴（顺纹理方向）对称，但并不完全呈x轴（横纹理方向）对称，这主要是由琵琶共鸣面板的仿梨形结构决定的；对于（0,n）、（1,n）、（2,n）、（3,n）的各阶频率，当n值由0逐步增大时，共振频率的变化具有相似的增长趋势。      

基于几何非线性圆拱动力模型的拱形温室自振周期分析

针对拱形温室结构动力分析中的杆件弯曲振动问题，采用直接刚度法，对拱形温室自振特性进行研究。在分析拱的弯曲变形、剪切变形、轴向压缩变形、二阶效应以及基于分布质量的平动惯性力和转动惯性力的基础上，建立了圆拱的位移控制方程，求解得到了非线性平转动Timoshenko圆拱动力模型。由定解条件，得到了特征方程，通过求解特征方程，给出了拱形温室自振周期的计算方法。利用本研究模型及其退化模型，计算了拱棚和典型拱形温室结构在不同模型下的自振周期，分析了不同模型的计算结果，分析表明，本研究建立的几何非线性可压缩平转动Euler梁模型可用于拱形温室结构自振周期计算。     

3种边界条件下足尺定向刨花板的模态灵敏度和振动模态研究

  目的  研究完全自由、四节点支承和两对边简支3种边界条件下足尺定向刨花板的模态灵敏度和振动模态,为开展3种边界条件下足尺定向刨花板弹性常数振动检测结果的对比研究奠定基础。  方法  以4种厚度的足尺定向刨花板为研究对象,采用有限元软件COMSOL Multiphysics对完全自由、四节点支承和两对边简支的足尺定向刨花板进行了模态灵敏度分析,分别确定这3种边界条件下对其长度和宽度方向的弹性模量与面内剪切模量这3个弹性常数灵敏度最高的模态;通过试验模态分析测得足尺定向刨花板在这3种边界条件下的前9阶振动模态参数,并对比和分析其在这3种边界条件下的振动模态参数检测结果。  结果  计算和试验模态分析得到的这3种边界条件下足尺定向刨花板的前9阶模态振型形状和阶次分别是相同的;足尺定向刨花板在这3种边界条件下的前9阶模态中,除模态（m, 0）、（0, 2）和（1, 1）外,其余模态均为单一方向的弯曲和扭转或不同方向弯曲的叠加模态;用于计算足尺定向刨花板长度和宽度方向的弹性模量与面内剪切模量的最高灵敏度模态,在完全自由下为模态（2, 0）、（0, 2）和（1, 1）,对应阶次分别为第2、4和1阶;在四节点支承下为模态（2, 0）、（0, 2）和（2, 1）,对应阶次分别为第1、4和3阶;在两对边简支下为模态（2, 0）、（2, 2）和（2, 1）,对应阶次分别为第1、5和2阶。  结论  从振型角度说明基于计算模态分析方法和试验模态分析方法分别进行3种边界条件下足尺定向刨花板的模态灵敏度分析和振动模态测试具有可行性。      

拖吊分离型清障车拖架有限元模态分析

应用有限元分析软件ANSYS分别对拖吊分离型清障车拖架进行全缩和全伸状态下的模态分析,得到拖架的前9阶固有频率及对应的主振型.在此基础上,选取其中有显著影响的前4阶模态进行了分析,了解结构的振动特性.研究结果可为减小振动对拖架下沉的影响提供理论参考,为拖架的动态结构设计提供必要的参数.     

3层铁杉正交胶合木板结构的力学性能计算与分析

根据实际工程需要,对足尺铁杉3层CLT板的单元结构进行了力学性能计算与分析。一方面,通过运用机械组合梁理论,对铁杉3层CLT板的有效弯曲刚度和弯曲强度等力学性能进行预测计算;另一方面,依据其计算结果对铁杉3层CLT板在实际工程应用中的挠度、所承受的弯矩和振动固有频率等结构性能进行了预测研究。结果表明,2个等级的CLT有效弯曲刚度、抗弯强度和振动性能等结构力学性能均能满足实际工程应用需要。上述以期通过对足尺3层CLT板的单元结构的力学性能设计计算与分析,有助于为我国大幅面装配式重型木结构建筑提供合适和可靠的配套墙板和楼板。