一种新型双面锥齿形行波超声电机的研究

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作者 杨钧麟 陈晔 +1 位作者 肖世豪 牛艺静 《微电机》 2023年第12期9-12,16,共5页

为了提高面内行波旋转超声电机输出力矩及超声电机运行时转子的稳定性,提出了一种基于面内三阶弯曲模态的双面锥齿形行波旋转超声电机。电机由双面锥齿形定子与双内锥面转子组成,实现了双面驱动。通过有限元软件建立了定子的参数化模型... 为了提高面内行波旋转超声电机输出力矩及超声电机运行时转子的稳定性,提出了一种基于面内三阶弯曲模态的双面锥齿形行波旋转超声电机。电机由双面锥齿形定子与双内锥面转子组成,实现了双面驱动。通过有限元软件建立了定子的参数化模型进行仿真分析,确立了定子的结构参数、工作模态频率及振型。制作了原理样机,测试了定子的振动特性和样机的输出性能。实验结果表明:当激励电压峰-峰值为300 V,激振频率为22.665 kHz时,电机的堵转力矩为3.087 N·mm,最高空载转速为160 r/min。 展开更多

关键词 旋转超声电机 双面驱动 行波 面内弯曲模态

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基于面内模态的双腿式微型旋转超声电机 被引量：4

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作者 闫鹤 孙志峻 +4 位作者 郑炬炬 杨建林 郭语 钱丰 彭瀚旻 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期818-825,838,共9页

针对现有旋转超声电机不易与其他装置连接,以及因弹簧预紧造成轴向尺寸过长等问题,笔者提出了一种基于面内模态的双腿式微型旋转超声电机。电机由定子和锥形转子组成,定子采用一圆环加双腿式结构,在定子双腿外侧贴有纵振和弯振压电陶瓷... 针对现有旋转超声电机不易与其他装置连接,以及因弹簧预紧造成轴向尺寸过长等问题,笔者提出了一种基于面内模态的双腿式微型旋转超声电机。电机由定子和锥形转子组成,定子采用一圆环加双腿式结构,在定子双腿外侧贴有纵振和弯振压电陶瓷片,双腿内侧有4个连接耳。电机定转子之间采用硅胶环和E型卡环进行预压力施加和端部紧固。电机利用圆环内侧周向行进的面内行波驱动转子旋转。利用ANSYS有限元软件对定子进行仿真分析,研究结构对模态的影响,以确定夹持和压电陶瓷片的粘贴位置;并对定子模态频率进行灵敏度分析,指导定子结构尺寸(设计变量)的修改,以提高优化效率。制作多组样机并开展实验研究,机械输出特性的实验结果表明:该电机体积小,最大宽度仅为12 mm;结构紧凑,总质量为6.9 g,易于与其他驱动装置连接;最大空载转速为338 r/min,最大输出扭矩为1.44 mN·m。 展开更多

关键词 旋转超声电机 面内模态 有限元分析 灵敏度分析 结构优化设计

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新型旋转驻波超声电机的理论与实验研究 被引量：2

3

作者 王笑竹 张健 《微电机》 2016年第2期31-33,56,共4页

本文提出一种多驱动齿的新型旋转驻波超声电机,采用增添附加齿的方法对超声电机振子的B06面外弯曲模态进行了预期的修正,实现了驱动齿最佳位置的设计,同时提出一种沿转子圆周方向均匀分布圆孔的方法降低转子刚度,满足柔性要求,可以除去... 本文提出一种多驱动齿的新型旋转驻波超声电机,采用增添附加齿的方法对超声电机振子的B06面外弯曲模态进行了预期的修正,实现了驱动齿最佳位置的设计,同时提出一种沿转子圆周方向均匀分布圆孔的方法降低转子刚度,满足柔性要求,可以除去碟形弹簧,实现转子与加压装置的一体化设计。经对样机振子的振型测试,验证了有限元分析的准确性。对影响振子模态及固有频率的主要结构参数进行了有限元数值分析,为设计及加工振子提供了理论依据。 展开更多

关键词 旋转超声电机 驻波 附加齿 实验

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四音叉定子驱动的压电旋转电机动力学特性 被引量：2

4

作者 贺红林 余九 +2 位作者 龙玉繁 付磊 刘浩康 《压电与声光》 CAS 北大核心 2019年第3期360-364,共5页

提出基于四音叉式定子驱动的旋转超声电机,选定定子的一阶面外弯振与二阶面内弯振为工作模态,复合形成旋转运动。阐明了电机驱动机理,基于频率一致性优化得到音叉杆尺寸为24mm×4.2mm×5mm,公共部分尺寸为12mm×12mm×... 提出基于四音叉式定子驱动的旋转超声电机,选定定子的一阶面外弯振与二阶面内弯振为工作模态,复合形成旋转运动。阐明了电机驱动机理,基于频率一致性优化得到音叉杆尺寸为24mm×4.2mm×5mm,公共部分尺寸为12mm×12mm×3mm。建立电机的有限元(FEM)模型,对电机进行谐响应分析,排除激励时产生干扰模态。采用激励信号幅值为250V、频率为28000Hz对电机进行瞬态分析,得到动足的x、y、z向振幅分别为1.4μm、0.8μm和1.2μm。对电机进行运动特性分析,验证了该旋转电机具有良好的调频、调压、调相特性。 展开更多

关键词 旋转超声电机 四音叉结构 同型弯振驱动 动力学特性

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复十形定子正交模态驱动的旋转超声电机研究 被引量：1

5

作者 吴兴强 贺红林 +2 位作者 方志敏 王哲逸 余志豪 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第4期573-578,共6页

为了丰富旋转超声电机的型式,该文提出了一种复十形定子正交模态驱动的旋转超声电机。选取定子的面内、外弯振作为电机的工作模态,阐述了定子驱动机理。建立了定子有限元(FEM)模型,对电机进行模态分析,基于两相工作模态频率一致性的目... 为了丰富旋转超声电机的型式,该文提出了一种复十形定子正交模态驱动的旋转超声电机。选取定子的面内、外弯振作为电机的工作模态,阐述了定子驱动机理。建立了定子有限元(FEM)模型,对电机进行模态分析,基于两相工作模态频率一致性的目标对定子进行尺寸优化,最终确定定子的主要尺寸L、H、K、J、I、D分别为18.2 mm、3.2 mm、3.6 mm、4.3 mm、11.6 mm、3.4 mm,此时两相模态频率分别为37851 Hz和37959 Hz。对电机进行谐响应分析,以排除干扰模态的影响。对电机进行瞬态分析,当以250 V、37800 Hz的信号激励时,x、y、z各向振幅可达3.93μm、3.61μm、4.12μm。探究了电机的调压、调频及调相特性,设计了电机的装配结构,该电机有望产生较大的动力及速度。 展开更多

关键词 复十形定子 正交模态 旋转超声电机 驱动机理 有限元分析

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单相驱动的弯曲旋转超声电机数值模拟及试验

6

作者 高建民 《江苏大学学报（自然科学版）》 EI CAS 北大核心 2008年第2期143-146,共4页

提出了一种新型单相驱动的弯曲旋转超声电机,建立了该型电机的有限单元模型.通过定子的模态分析,确定了关键工作参数;建立了动子和转子接触有限元模型,对其工作过程进行了瞬态分析,验证了该型电机的原理可行性;根据仿真分析结果,加工制... 提出了一种新型单相驱动的弯曲旋转超声电机,建立了该型电机的有限单元模型.通过定子的模态分析,确定了关键工作参数;建立了动子和转子接触有限元模型,对其工作过程进行了瞬态分析,验证了该型电机的原理可行性;根据仿真分析结果,加工制造出该型弯曲旋转超声电机.初步研究表明:该型电机有比较高的空转转速和堵转力矩;驱动电源为单相,电源结构简单,样机制造成本低,提高了可靠性;样机机构实现了高转速、大扭矩、超精密的倾斜动力传输.因此该型电机可以作为精密倾斜动力传输机构. 展开更多

关键词 旋转超声电机 单相驱动 有限元 虚拟样机 数值模拟

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弯曲旋转超声电机接触界面锥形角的分析与实验 被引量：23

7

作者 羊全钢 张凯 +1 位作者 周铁英 姜开利 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第5期413-419,共7页

要提高弯曲旋转超声电机电能转换为机械能的效率,就必须尽量减小其定子与转子之间的相对滑移。并且要使马达定转子之间的摩擦接触界面与接触点的振动轨迹相垂直。先论证了一种数学方法去推算这种弯曲旋转超声电机接触界面的锥角计算公... 要提高弯曲旋转超声电机电能转换为机械能的效率,就必须尽量减小其定子与转子之间的相对滑移。并且要使马达定转子之间的摩擦接触界面与接触点的振动轨迹相垂直。先论证了一种数学方法去推算这种弯曲旋转超声电机接触界面的锥角计算公式。然后以压电管超声电机为例,研制了一些外径5mm、内径4mm、长15mm但接触界面锥角不同的样机,通过实验证明马达定转子之间的摩擦接触界面与接触点的振动轨迹相垂直时马达转动效果最好。计算结果与实验结果非常吻合,证明了锥角计算公式的正确性。 展开更多

关键词 弯曲旋转超声电机 接触界面 锥形角 实验 振动轨迹 计算

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微型旋转超声电机的发展和现状 被引量：11

8

作者 朱华 赵淳生 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2005年第6期627-630,642,共5页

系统地总结了微型旋转超声电机的发展,详细地叙述了各种微型电机的驱动机理、工艺方法和性能指标,并分析了各自的优缺点。讨论了在微型旋转电机设计中应注意的一些关键问题,为下一步微型旋转超声电机以及MEMS驱动器的研究工作提供了参... 系统地总结了微型旋转超声电机的发展,详细地叙述了各种微型电机的驱动机理、工艺方法和性能指标,并分析了各自的优缺点。讨论了在微型旋转电机设计中应注意的一些关键问题,为下一步微型旋转超声电机以及MEMS驱动器的研究工作提供了参考依据。 展开更多

关键词 微型旋转超声电机 MEMS 驱动器

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行波型旋转超声电机温度场分析方法 被引量：12

9

作者 芦小龙 张建辉 赵淳生 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第18期33-39,共7页

针对行波型旋转超声电机发热严重的问题,建立三维瞬态温度场的模型。综合考虑超声电机产生损耗的原因,对各部位的损耗进行理论推导和数值计算。利用Ansys软件对理论模型进行仿真,分析了超声电机关键部位的温度分布情况。建立了一套温度... 针对行波型旋转超声电机发热严重的问题,建立三维瞬态温度场的模型。综合考虑超声电机产生损耗的原因,对各部位的损耗进行理论推导和数值计算。利用Ansys软件对理论模型进行仿真,分析了超声电机关键部位的温度分布情况。建立了一套温度测试系统,对理论模型和仿真结果进行试验验证。结果表明,理论分析和试验结果基本吻合,为进一步研究超声电机的热源优化问题提供了分析和试验方法。 展开更多

关键词 行波型旋转超声电机 三维瞬态温度场 有限元 热损耗

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行波型旋转超声电机两种组合方式的实验研究 被引量：7

10

作者 尹育聪 姚志远 赵淳生 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期84-87,共4页

为了进一步提高超声电机的输出性能,设计并实现了两种组合结构的行波型旋转超声电机(TRUSM)———双定子单转子结构和双定转子结构,并依据结构特征,定性分析了定转子接触状态对两种组合方式输出性能的影响。参照单定转子TRUSM,用对比实... 为了进一步提高超声电机的输出性能,设计并实现了两种组合结构的行波型旋转超声电机(TRUSM)———双定子单转子结构和双定转子结构,并依据结构特征,定性分析了定转子接触状态对两种组合方式输出性能的影响。参照单定转子TRUSM,用对比实验检验了两种组合结构TRUSM的特点。实验结果表明,组合结构是大幅度提高TRUSM输出性能的一种有效方法,而且组合结构中的定转子接触状态对输出性能意义重大。 展开更多

关键词 行波型旋转超声电机 组合结构 大转矩 高能量密度

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行波型旋转超声电机双路行波的运行机理 被引量：5

11

作者 尹育聪 周盛强 +2 位作者 陈超 赵淳生 金家楣 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第33期101-108,共8页

由于行波型旋转超声电机(traveling wave rotary ultrasonic motor,TRUM)存在着诸多非线性因素,双定转子TRUM中的双路行波输出性能还有待提高。基于单定转子TRUM理论,研究了双路行波运行的轴向组合振动特性和周向合成输出特性,分析了单... 由于行波型旋转超声电机(traveling wave rotary ultrasonic motor,TRUM)存在着诸多非线性因素,双定转子TRUM中的双路行波输出性能还有待提高。基于单定转子TRUM理论,研究了双路行波运行的轴向组合振动特性和周向合成输出特性,分析了单转轴–双转子结构体的轴向振动模型,由于该结构体阻尼减振的不足,提出一种隔振设计解决方案。建立了双路行波周向合成的输出模型,并探讨了两路行波不一致时的输出特点。实验结果表明,与单定转子TRUM相比,基于隔振结构的新型双定转子TRUM的输出转矩提高了80%,功率密度提高了43.1%,且双路行波输出转矩的合成效率达到90%。该研究为扩展TRUM的应用范围提供了参考。 展开更多

关键词 行波型旋转超声电机 双路行波 运行机理 振动 分析 输出特性

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超声电机在真空高低温环境下的驱动性能 被引量：3

12

作者 罗婕 樊俊峰 +2 位作者 司永顺 孙腾飞 尚爱华 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期376-380,共5页

为了对行波型旋转超声电机在同向负载下的驱动性能进行测试,并研究真空高低温环境对电机驱动性能产生的影响,设计并搭建了一套测试系统,从而实现了对超声电机转速和负载扭矩的测量,并对测试设备采取了控温措施,保证设备在高低温环境下... 为了对行波型旋转超声电机在同向负载下的驱动性能进行测试,并研究真空高低温环境对电机驱动性能产生的影响,设计并搭建了一套测试系统,从而实现了对超声电机转速和负载扭矩的测量,并对测试设备采取了控温措施,保证设备在高低温环境下的测试精度不会下降。试验结果表明,利用该系统可获得有效测试数据,得到超声电机在真空高低温环境下的驱动性能曲线,并将其与常温常压环境下的曲线进行比对,可以看到真空高低温环境对超声电机在同向负载下的驱动性能产生了一定影响。本研究成果为超声电机在航天领域的广泛应用奠定了可靠基础。 展开更多

关键词 行波型旋转超声电机 真空高低温 同向负载 驱动性能

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共阶梯轴双定/转子超声电机的极端环境试验研究 被引量：1

13

作者 尹育聪 杨淋 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第22期5877-5884,共8页

为了进一步扩展超声电机在航空航天领域的应用范围,综合研究了共阶梯轴双定/转子超声电机在极端环境下的输出特性。对于这种性能优越的新型超声电机,制作了适用于极端环境的试验样机,进行了真空、高/低温复合环境以及振动环境环境试验... 为了进一步扩展超声电机在航空航天领域的应用范围,综合研究了共阶梯轴双定/转子超声电机在极端环境下的输出特性。对于这种性能优越的新型超声电机,制作了适用于极端环境的试验样机,进行了真空、高/低温复合环境以及振动环境环境试验研究。探讨了各种环境因素对电机性能的影响。结果表明,真空、高温、低温、振动等环境因素会对电机输出性能产生不同程度的影响,共阶梯轴双定/转子超声电机具备一定的极端环境适应性。该研究为超声电机在航空航天领域的广泛应用提供了参考。 展开更多

关键词 行波型旋转超声电机 组合结构 真空 高低温 振动环境试验 机械特性

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UHMW-PE复合材料用于行波型旋转超声电机 被引量：1

14

作者 陈正年 尹育聪 +1 位作者 丁庆军 赵淳生 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2011年第5期652-654,669,共3页

为提高行波型旋转超声电机(TRUM)的摩擦界面性能,制备了一种交联超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)复合材料。采用UHMW-PE树脂添加甲基丙烯酸烯丙酯(MAAAE)交联敏化剂、碳纤维和碳纳米管等增强剂以及MoS2和石墨等材料熔融共混后,在室温和N2气... 为提高行波型旋转超声电机(TRUM)的摩擦界面性能,制备了一种交联超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)复合材料。采用UHMW-PE树脂添加甲基丙烯酸烯丙酯(MAAAE)交联敏化剂、碳纤维和碳纳米管等增强剂以及MoS2和石墨等材料熔融共混后,在室温和N2气氛条件下用Co60γ辐射源辐照得到交联UHMW-PE复合材料。凝胶含量测试发现,随着辐照剂量和MAAAE量的增加,凝胶含量迅速增加。将该条件下制备的交联复合材料粘贴到TRUM-60行波超声电机转子上,整机试验结果表明,堵转扭矩达到1.4 N.m,空载转速225 r/min,换能效率25%以上。根据100 h的材料磨损量预测,寿命可达到8 000 h以上。 展开更多

关键词 行波型旋转超声电机 摩擦材料 UHMW-PE复合材料 交联

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基于CPLD的TRUM相电压平衡控制的研究

15

作者 孙鹤旭 荆锴 +1 位作者 李国庆 董砚 《微特电机》 北大核心 2016年第2期80-83,共4页

针对行波型旋转超声电机两相参数不对称带来的两相电压不平衡的现象进行了深入研究。在H桥式电路驱动下,以电机输入LC电路为研究模型,理论分析了输入方波电压占空比与谐振输出电压间的关系,并设计了以CPLD为核心的控制逻辑,实现了对行... 针对行波型旋转超声电机两相参数不对称带来的两相电压不平衡的现象进行了深入研究。在H桥式电路驱动下,以电机输入LC电路为研究模型,理论分析了输入方波电压占空比与谐振输出电压间的关系,并设计了以CPLD为核心的控制逻辑,实现了对行波型旋转超声电机的驱动电压平衡控制。最后通过对比实验,对两相电压对电机转速转矩的影响进行了验证。 展开更多

关键词 行波型旋转超声电机 两相电压 LC电路 占空比 CPLD

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TWUSM振动模态鲁棒滑模观测器研究

16

作者 荆锴 林夏萍 董砚 《压电与声光》 CAS 北大核心 2020年第5期659-662,667,共5页

考虑到行波型旋转超声电机(TWUSM)控制精度与定子两相振动模态有关,但其不易测量。因此,该文提出了一种具有参数鲁棒性的滑模观测器以实现优化定子振动模态。首先,分析定子两相振动模态及合成行波对TWUSM高精度控制的影响;其次,利用电... 考虑到行波型旋转超声电机(TWUSM)控制精度与定子两相振动模态有关,但其不易测量。因此,该文提出了一种具有参数鲁棒性的滑模观测器以实现优化定子振动模态。首先,分析定子两相振动模态及合成行波对TWUSM高精度控制的影响;其次,利用电机可测的电流、电压信号建立振动模态滑模观测器,分析TWUSM参数时变特征,并证明观测器的稳定性与鲁棒性;最后,通过仿真与实验对所提出的振动模态滑模观测器进行验证。结果表明,滑模观测器能准确估计两相振动模态,且具有参数鲁棒性。此外,基于观测结果改善驱动电压,实现定子振动模态优化,从而降低输出转矩脉动,提高电机控制精度。 展开更多

关键词 行波型旋转超声电机 滑模观测器 振动模态 参数时变性 鲁棒性

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双定子行波型旋转超声电机驱动器设计

17

作者 马晨晨 纪跃波 《重庆科技学院学报（自然科学版）》 CAS 2018年第5期73-76,共4页

针对双定子行波型旋转超声电机的运行技术要求,研究设计基于C8051F120型单片机的超声电机驱动器。介绍了设计的驱动器的总体结构及驱动电路、控制电路的构成与工作原理,以及仿真分析与实际测试情况。测试结果表明,这种驱动器能够稳定输... 针对双定子行波型旋转超声电机的运行技术要求,研究设计基于C8051F120型单片机的超声电机驱动器。介绍了设计的驱动器的总体结构及驱动电路、控制电路的构成与工作原理,以及仿真分析与实际测试情况。测试结果表明,这种驱动器能够稳定输出4路频率为(20～60) k Hz且幅值与相位可调的正弦电压信号,在双定子行波型旋转超声电机工作异常时,它可以自动调整输出信号频率,从而保证电机稳定运行。 展开更多

关键词 电机控制 双定子行波型旋转超声电机 驱动器 单片机

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旋转行波超声电机非线性摩擦界面模型 被引量：12

18

作者 赵向东 陈波 赵淳生 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第6期629-633,共5页

分析了对行波超声电机定子和转子间接触状态 ,利用间距δ更准确地表征了定、转子间几种不同的接触情况 ;依据行波作用的特点 ,利用时空方程间的对应关系 ,提出了用接触变形角定量地表示定、转子间接触状态的变化情况 ,讨论了弹性滑动、... 分析了对行波超声电机定子和转子间接触状态 ,利用间距δ更准确地表征了定、转子间几种不同的接触情况 ;依据行波作用的特点 ,利用时空方程间的对应关系 ,提出了用接触变形角定量地表示定、转子间接触状态的变化情况 ,讨论了弹性滑动、弹性滞后 ,特别是 stick-slip现象对摩擦界面的影响 ;改进了传统的线性纯滑动摩擦模型 。 展开更多

关键词 摩擦界面 旋转行波超声电机 非线性仿真模型 输出特性 定子 转子

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旋转行波超声电机的冲击动力学模拟及实验 被引量：15

19

作者 陈超 任金华 +2 位作者 石明友 刘通 赵淳生 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期8-14,185,共7页

研究了冲击产生的高过载对旋转型行波超声电机结构和性能的影响机理和规律。首先,结合旋转型行波超声电机的工作机理和结构形式,建立了该型超声电机在冲击载荷下的有限元模型,利用显式算法模拟其在冲击过载环境中的暂态过程,分析电机的... 研究了冲击产生的高过载对旋转型行波超声电机结构和性能的影响机理和规律。首先,结合旋转型行波超声电机的工作机理和结构形式,建立了该型超声电机在冲击载荷下的有限元模型,利用显式算法模拟其在冲击过载环境中的暂态过程,分析电机的定、转子及压电元件等部件的应力和应变分布规律,研究和评估了目前超声电机结构对瞬时超大过载的耐受情况;其次,设计了特定夹持装置,对旋转型行波超声电机的耐过载特性进行了马歇特锤击实验,实验结果很好地印证了理论分析结果;最后,综合理论和实验结果评定了当前典型的旋转行波超声电机结构在特殊使用环境中的耐过载能力及易损伤部件。实验结果表明,紧凑和简单的结构特点使得超声电机本身具有较好的适应大过载环境的工作能力,在直接承8千个重力加速度冲击过载后仍能维持一定的输出特性。 展开更多

关键词 冲击 高过载 旋转行波超声电机 显示算法

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旋转行波超声电机最优预压力的研究 被引量：1

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作者 郭咏 朱华 +1 位作者 刘军 赵淳生 《压电与声光》 CAS 北大核心 2019年第4期524-528,共5页

为提升旋转行波超声电机输出性能,研究其在不同负载下的最优预压力,针对TRUM-70H超声电机进行了理论计算和实验验证。建立超声电机动力学模型,分析了预压力对超声电机机械特性的影响;以TRUM-70H超声电机为对象,分析其最优预压力与负载... 为提升旋转行波超声电机输出性能,研究其在不同负载下的最优预压力,针对TRUM-70H超声电机进行了理论计算和实验验证。建立超声电机动力学模型,分析了预压力对超声电机机械特性的影响;以TRUM-70H超声电机为对象,分析其最优预压力与负载力矩间的关系;搭建超声电机多功能测试平台,验证理论推导结果,并指出误差存在的原因;根据研究结论,提出超声电机装配时应根据负载选用预压力。结果表明,预压力和负载力矩对超声电机转速的影响存在耦合关系;在超声电机有效工作范围内,最优预压力值与负载力矩近似呈线性正相关;装配时根据实际负载需求设定超声电机预压力,可提高其输出效率。 展开更多

关键词 旋转行波超声电机 最优预压力 机械特性 接触界面 负载自适应

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