針對機械轉(zhuǎn)子式陀螺儀對支承和高轉(zhuǎn)速的特定要求,設(shè)計出一種蘭杰文振子和壓電圓盤復(fù)合驅(qū)動的定子,從而在定子振動輸出面獲得足夠振幅的行波運動,實現(xiàn)對球轉(zhuǎn)子的超聲近場非接觸支承和高速驅(qū)動。對圓盤定子進行了結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計,使其工作頻率與蘭杰文振子頻率基本一致。樣機模態(tài)實驗表明復(fù)合定子頻率一致性較好。通過懸浮高度和轉(zhuǎn)速測試發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)子懸浮穩(wěn)定,轉(zhuǎn)速與驅(qū)動頻率有關(guān),在200 V激勵電壓下的共振頻率附近可獲得最大轉(zhuǎn)速3 880r/min。 

【文章來源】：中國機械工程. 2020,31(17)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

近聲場懸浮與驅(qū)動

圖2所示為懸浮式球轉(zhuǎn)子壓電作動器,主要包括壓電圓盤、與圓盤一體的圓桿(頂部半球凹槽)、球轉(zhuǎn)子。利用圓盤底部壓電元件的逆壓電效應(yīng),在特定的激勵信號下激發(fā)出壓電圓盤中的行波,頂端圓桿輸出面的行波振動可在定轉(zhuǎn)子間隙產(chǎn)生高強度聲場,給轉(zhuǎn)子提供超聲近場懸浮支撐和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力。其中,蘭杰文振子提供縱振,提高聲輻射端面的懸浮、驅(qū)動能力。球轉(zhuǎn)子在超聲近場作用下懸浮起來,避免了定子與轉(zhuǎn)子的摩擦,利用聲場作用力驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的阻力極小,理論上,聲場可以驅(qū)動轉(zhuǎn)子達到很高的轉(zhuǎn)速。因此,為了驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),需要合理設(shè)計壓電圓盤及激勵方式以激發(fā)出需要的行波,但是定子生成行波的彎振模態(tài)提供懸浮力的能力有限,因而需要復(fù)合定子中的蘭杰文振子的縱振來加強圓桿端面的聲場輻射能力,以確保球轉(zhuǎn)子的完全懸浮。且圓盤定子和蘭杰文振子的工作頻率需要保持一致,以保證輸出面行波不受蘭杰文振子縱振的干擾。

合理配置壓電陶瓷的極化方向并施加適當(dāng)?shù)尿?qū)動電壓能產(chǎn)生正確的激勵力。為靈活選擇和設(shè)計工作模態(tài),采用環(huán)形分布的梯形片狀壓電陶瓷片激勵的方案。不失一般性同時兼顧實驗條件,選擇了圖3所示的壓電陶瓷極化分區(qū)的布置方案。將陶瓷片組合為環(huán)形激勵元件,能激發(fā)出一個波長的彎振模態(tài)。根據(jù)需要也可以其他方式組合,圖3的方式僅是兼顧實驗條件的具體方案。將圖3中所示的壓電陶瓷組分為2個極化分區(qū),分別稱為A相和B相,對它們施加同頻且時間相位差為90°的激勵電壓,激發(fā)出滿足式(2)的兩相駐波,繼而疊加形成行波。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]軸/徑向耦合式非接觸型壓電作動器的研究[J]. 陳超,李繁,賈兵,王均山.  中國機械工程. 2013(22)
[2]非接觸式球形轉(zhuǎn)子壓電作動器驅(qū)動技術(shù)[J]. 賈兵,李繁,陳超,趙淳生.  振動.測試與診斷. 2012(01)
[3]基于近場聲懸浮的非接觸式直線型壓電作動器[J]. 孫運濤,陳超.  中國機械工程. 2010(24)
[4]慣性導(dǎo)航技術(shù)的新進展及發(fā)展趨勢[J]. 張炎華,王立端,戰(zhàn)興群,翟傳潤.  中國造船. 2008(S1)
[5]一種具有高轉(zhuǎn)速的新型非接觸式超聲電機[J]. 季葉,趙淳生.  壓電與聲光. 2006(05)
[6]超聲波懸浮推力軸承承載能力及減摩性能[J]. 常穎,吳博達,楊志剛,程光明,田豐君.  吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2004(02)
[7]圓筒型行波非接觸超聲馬達的激勵原理研究[J]. 劉景全,楊志剛,吳博達.  聲學(xué)學(xué)報. 2003(01)

碩士論文
[1]超聲波支承陀螺儀的研究[D]. 朱金冬.西北工業(yè)大學(xué) 2007



本文編號：3351142