环形压电振子面内弯曲模态特征及控制

以超声物料输送装置的环形压电振子为研究对象,分析了环形封闭梁结构的模态特征,指出环形压电振子的面内弯曲振动,其偶数阶模态关于两对称轴均对称或关于中心对称,而奇数阶模态分别关于两对称轴对称。提出了在压电环梁上开设合适的沟槽来控制压电梁的满足行波驱动的振型及频率差的方法,并根据优化结果试制了压电输送振子,通过实验验证了模态控制的可行性。

圆环形压电振子振动分析与实验研究

针对圆环形压电振子的弯曲振动问题,利用弹性力学、ANSYS软件仿真及实验测试等手段对其进行了理论推导、仿真模态与实验分析。得出圆环形压电振子挠度表达式及其振动形态,实验测试给出了电压特性和频率特性。最后将这三种分析方法及理论分推到仿真分析与实验测试得出的结果进行对比。结果表明,这三种方法分析圆环形压电振子得出的结果基本吻合,误差较小,为圆环形压电振子的设计优化与应用提供了理论依据和技术参考。

双振子垂直驱动式压电振动送料器的设计

利用压电陶瓷的逆压电效应,采用上下两个环形压电振子垂直驱动的结构,设计了一种新型压电振动送料器。通过理论分析得出了送料器系统的固有频率以及影响料斗振幅的主要因素。利用Hypermesh软件对整个系统进行了动力学仿真,分析了系统的前三阶振型并得出了系统无阻尼固有频率的理论值为110.95Hz。采用M5螺母为输送物料对样机进行了试验,分析了输送速度以及料斗振幅与驱动电压和驱动频率的关系,并与现有同型号悬臂梁式压电振动送料器进行了性能对比。当驱动电压为240V、驱动频率为系统实际共振频率105Hz时,该新型结构压电振动送料器的输送速度为0.23kg/min,料斗振幅为110μm,可以满足工业生产的需求。

垂直驱动式压电振动送料器的设计

利用环形压电陶瓷微位移和大输出力的特点,设计了一种垂直驱动的新型结构送料器,分析了该结构送料器的工作原理并建立了整个振动系统的动力学模型.通过理论分析,确定了系统振动模态、振幅、固有频率和物料运动状态等决定送料器性能的重要参数.通过样机制作和实验测试得到了系统固有频率的分布曲线以及振幅与输送速度的关系曲线.实验结果表明,样机的最佳工作频率为195Hz;滑动输送振幅区间为17～27μm,输送速度可达到123.5mm/s;抛掷输送振幅区间为27～32μm,输送速度可达到140.5mm/s.与同型号悬臂梁式压电振动送料器相对比,该送料器性能有所提高、结构空间更紧凑,可以满足工业生产的使用要求.

长环形行波超声电机的有限元分析及研究

以超声物料输送装置的环形压电振子为研究对象,分析了环形封闭梁结构的模态特征,借助于有限元软件确定了振子的结构尺寸。提出了在压电环梁上开设合适的沟槽来控制压电梁的满足行波驱动的振型及频率差的方法,并根据优化结果试制了压电输送振子,通过实验验证了模态控制的可行性。

块体物料超声输送能力测试实验装置的研究

基于行波超声物料输送原理,提出并研制了一种多驱动频率的环形压电式超声输送实验装置,该实验装置可对块状单体物料或物料群的运行状况进行不限时、不限输送长度的精确观测,进而能精确计算物料速度等性能参数。在振幅为1μm,驱动频率分别为24.69 kHz及39.31 kHz的实验环境下,对黄铜圆柱和钢圆锥滚子两种规则试件进行了实验测试,实验结果表明,试件具有很均匀的运行速度,输送振子在相同振幅的条件下,输送速度与输送振子的波数及频率成正比。

超声物料输送测试装置的设计

基于行波超声输送原理,设计并制作出实验用的多频变波长的超声输送实验测试装置,研究了输送装置在输送不同物料时的输送性能,考察了激振频率、振子表面质点振幅、物料质量及接触面积等对输送速率的影响。旨在为超声输送速度等宏观输送性能的理论及实验研究提供测试平台。

行波超声振动抛光实验装置的研究

为研究环形行波压电振子的硅片超声复合抛光工艺,改装现有钻床,研制出一种可控转速的超声抛光实验装置,该装置主轴的转速通过变频器可在0～3 150r/min范围内调节,从而实现不同线速度的抛光需求。实验装置将USR30超声电机振子改造为具有装夹圆柄和抛光垫的抛光压电振子。改造后的振子的实际模态测试表明,装夹圆柄的安装并未改变原有超声电机振子的驱动频率。抛光实验过程中,抛光振子(含抛光垫)只做微观超声振动,而振子齿面下方的硅片做宏观的旋转运动,抛光垫与硅片之间注入一定流速的抛光液实现抛光。吸盘与动密封装置相联并通过主轴实现正(反)向旋转。为了研究压力对抛光表面质量的影响,该超声振动实验装置专门设计了重力加压装置,实现抛光振子与硅片之间的接触压力调节。该实验装置可完成改变抛光转速、抛光压力、抛光时振子表面振幅的大小及抛光液流量粒度等参数在不同工况下的抛光实验。

一类面内弯曲模态行波直线超声电机的研究

提出了一种新型含有不完全齿的圆环型行波直线超声电机,电机的动子滑块在一定预压力下紧贴在圆环型振子外表面齿形结构的端面上,4个压电陶瓷片间隔90°均布于圆环型结构的内侧,4组驱动齿分别与压电陶瓷片位置间隔45°布置。电机工作时,仅一处驱动齿工作,通过轮换不同工作齿的方式可提高超声电机的寿命。电机利用两个同频正交的面内三阶弯曲模态工作。利用有限元软件对振子进行了动态设计与仿真,分析了结构参数对模态的影响。加工制作了原理样机,并测试了样机的振动特性及输出性能。实验结果表明,该电机在激励电压峰-峰值为240 V,激振频率为30.459 kHz,预压力为0.6 N时,电机运行平稳,最大输出力为90 mN,电机的空载速度为102 mm/s。