超聲波電機(jī)作為一種新型電機(jī),依靠自身結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的運(yùn)轉(zhuǎn)方式被廣泛應(yīng)用在高新領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)備中。壓電陶瓷作為超聲波電機(jī)的換能部件為電能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子動(dòng)能起到關(guān)鍵作用,但是由于受到材料的脆性影響,長期工作在高頻的驅(qū)動(dòng)電源下會(huì)導(dǎo)致疲勞損傷發(fā)生開裂故障。對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行故障診斷能夠在超聲波電機(jī)功能失效前做好準(zhǔn)備工作,避免了重大事故的發(fā)生。因此本文針對(duì)超聲波電機(jī)開展的壓電陶瓷故障診斷研究對(duì)保障超聲波電機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。本文根據(jù)超聲波電機(jī)的工作原理和壓電陶瓷開裂過程的基礎(chǔ)上提出故障診斷方法,選用孤極電壓作為壓電陶瓷的狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào),重點(diǎn)對(duì)孤極電壓的信號(hào)處理和退化特征提取進(jìn)行研究,通過超聲波電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)采集的數(shù)據(jù)對(duì)以上的研究內(nèi)容進(jìn)行分析和驗(yàn)證。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)包括在以下3個(gè)方面:1)針對(duì)壓電陶瓷開裂對(duì)孤極電壓的影響進(jìn)行分析,構(gòu)建超聲波電機(jī)采集平臺(tái)。通過在分別在時(shí)域和頻域內(nèi)對(duì)采集到不同開裂程度的孤極電壓信號(hào)進(jìn)行特征變換,得到不同故障程度的信號(hào)表征。2)針對(duì)深層次挖掘孤極電壓信號(hào)中包含的故障信息,以及對(duì)故障信息的分析處理等問題。提出將局部均值分解（Local Mean Decomposition,LM... 

【文章來源】：河北科技大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

超聲波電機(jī)的定轉(zhuǎn)子

第2章壓電陶瓷故障對(duì)超聲波電機(jī)孤極電壓影響7第2章壓電陶瓷故障對(duì)超聲波電機(jī)孤極電壓影響2.1孤極電壓信號(hào)選擇依據(jù)2.1.1超聲波電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)超聲波電機(jī)一般可通過四種分類模式，分為共8種電機(jī)類型，由表2-1所示:表2-1超聲波電機(jī)分類分類方法類型波的傳播方式行波型超聲波電機(jī)駐波型超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)形式旋轉(zhuǎn)型超聲波電機(jī)直線型超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)自由度單自由度超聲波電機(jī)多自由度超聲波電機(jī)定轉(zhuǎn)子接觸情況接觸式超聲波電機(jī)非接觸式超聲波電機(jī)本文是針對(duì)行波型超聲波電機(jī)進(jìn)行研究和分析。行波型超聲波電機(jī)是由振動(dòng)體（相當(dāng)于傳統(tǒng)電機(jī)中的定子）和移動(dòng)體（相當(dāng)于傳統(tǒng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子）組成。其振動(dòng)體又是由壓電陶瓷和金屬彈性材料構(gòu)成；移動(dòng)體是由彈性體和摩擦材料構(gòu)成。定子的金屬彈性材料一側(cè)開有齒槽，在定子無槽的一側(cè)粘有壓電陶瓷片。摩擦材料在超聲波電機(jī)運(yùn)行時(shí)起到給轉(zhuǎn)子一個(gè)摩擦驅(qū)動(dòng)力，通常在轉(zhuǎn)子的與定子接觸的那一面上，如圖2-1所示。超聲波電機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-1超聲波電機(jī)的定轉(zhuǎn)子圖2-2超聲波電機(jī)整體結(jié)構(gòu)

河北科技大學(xué)碩士學(xué)位論文82.1.2壓電效應(yīng)利用壓電陶瓷片的逆壓電效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)電能到動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，并且通過正壓電效應(yīng)壓電陶瓷片的孤極處會(huì)產(chǎn)生交流電壓作為監(jiān)測(cè)超聲波電機(jī)定子狀態(tài)的監(jiān)測(cè)信號(hào)[22]。(1)正壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)是居里兄弟在1880年首次發(fā)現(xiàn)的。他們發(fā)現(xiàn)有些晶體可以通過向一定方向進(jìn)行拉伸或者擠壓時(shí)，晶體的上下表面上會(huì)出現(xiàn)相反的正負(fù)電荷，并且電荷量與使晶體產(chǎn)生形變力的大小相關(guān)。當(dāng)撤掉作用在晶體上的力時(shí)，電荷量降為零。他們把這種在晶體上施加力產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象叫做正壓電效應(yīng)，這種晶體叫做壓電體。并且當(dāng)壓電體受到的力越大或者受力面積越大時(shí)產(chǎn)生的電荷量越多，使壓電體發(fā)生極化效應(yīng)。因此正壓電效應(yīng)可以看作機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，如圖2-3。圖2-3正逆壓電效應(yīng)圖(2)逆壓電效應(yīng)壓電體可以通過在極化方向上施加電場(chǎng)時(shí)，發(fā)生有規(guī)律的機(jī)械形變。當(dāng)撤掉電場(chǎng)時(shí)，壓電體回到原始的形態(tài)。這種在晶體上施加一個(gè)電場(chǎng)，同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的形變和應(yīng)力的現(xiàn)象被稱作逆壓電效應(yīng)。并且向壓電體施加的電場(chǎng)越大，壓電體結(jié)構(gòu)的形變也越大。因此逆壓電效應(yīng)可以看作電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的過程。2.1.3超聲波電機(jī)的運(yùn)行原理當(dāng)正電壓作用于壓電材料的上表面時(shí)，在材料上表面形成正極電場(chǎng)，下表面形成負(fù)極電場(chǎng)，這種狀態(tài)下的壓電材料會(huì)伸長其長度，厚度會(huì)相應(yīng)的收縮，如圖2-4所示。相反，在壓電材料的上表面施加負(fù)電壓，形成負(fù)電場(chǎng)；下表面施加正電壓形成正電常此時(shí)，壓電材料則會(huì)加大其厚度，長度會(huì)收縮。因此在壓電材料表面上持續(xù)施加交變電場(chǎng)時(shí)，壓電材料會(huì)產(chǎn)生交替的伸縮形變。當(dāng)外加的高頻電壓與壓電材料的本身頻率相同時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振，壓電材料就會(huì)進(jìn)入共振狀態(tài)。超聲振動(dòng)則是指壓電材料振動(dòng)頻率當(dāng)超過20kHz時(shí)的統(tǒng)稱。

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本文編號(hào)：3345567