超聲波電機作為一種新型電機,依靠自身結(jié)構(gòu)和獨特的運轉(zhuǎn)方式被廣泛應(yīng)用在高新領(lǐng)域的機械設(shè)備中。壓電陶瓷作為超聲波電機的換能部件為電能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子動能起到關(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)動電源下會導(dǎo)致疲勞損傷發(fā)生開裂故障。對壓電陶瓷進(jìn)行故障診斷能夠在超聲波電機功能失效前做好準(zhǔn)備工作,避免了重大事故的發(fā)生。因此本文針對超聲波電機開展的壓電陶瓷故障診斷研究對保障超聲波電機安全、穩(wěn)定運行具有重要意義。本文根據(jù)超聲波電機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)測信號,重點對孤極電壓的信號處理和退化特征提取進(jìn)行研究,通過超聲波電機試驗臺采集的數(shù)據(jù)對以上的研究內(nèi)容進(jìn)行分析和驗證。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點包括在以下3個方面:1)針對壓電陶瓷開裂對孤極電壓的影響進(jìn)行分析,構(gòu)建超聲波電機采集平臺。通過在分別在時域和頻域內(nèi)對采集到不同開裂程度的孤極電壓信號進(jìn)行特征變換,得到不同故障程度的信號表征。2)針對深層次挖掘孤極電壓信號中包含的故障信息,以及對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)位級別】：碩士

【部分圖文】：

超聲波電機的定轉(zhuǎn)子

第2章壓電陶瓷故障對超聲波電機孤極電壓影響7第2章壓電陶瓷故障對超聲波電機孤極電壓影響2.1孤極電壓信號選擇依據(jù)2.1.1超聲波電機的結(jié)構(gòu)特點超聲波電機一般可通過四種分類模式，分為共8種電機類型，由表2-1所示:表2-1超聲波電機分類分類方法類型波的傳播方式行波型超聲波電機駐波型超聲波電機轉(zhuǎn)子的運動形式旋轉(zhuǎn)型超聲波電機直線型超聲波電機轉(zhuǎn)子的運動自由度單自由度超聲波電機多自由度超聲波電機定轉(zhuǎn)子接觸情況接觸式超聲波電機非接觸式超聲波電機本文是針對行波型超聲波電機進(jìn)行研究和分析。行波型超聲波電機是由振動體（相當(dāng)于傳統(tǒng)電機中的定子）和移動體（相當(dāng)于傳統(tǒng)電機中的轉(zhuǎn)子）組成。其振動體又是由壓電陶瓷和金屬彈性材料構(gòu)成；移動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運行時起到給轉(zhuǎn)子一個摩擦驅(qū)動力，通常在轉(zhuǎn)子的與定子接觸的那一面上，如圖2-1所示。超聲波電機整體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-1超聲波電機的定轉(zhuǎn)子圖2-2超聲波電機整體結(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)可以實現(xiàn)電能到動能的轉(zhuǎn)換，并且通過正壓電效應(yīng)壓電陶瓷片的孤極處會產(chǎn)生交流電壓作為監(jiān)測超聲波電機定子狀態(tài)的監(jiān)測信號[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，晶體的上下表面上會出現(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，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時，發(fā)生有規(guī)律的機械形變。當(dāng)撤掉電場時，壓電體回到原始的形態(tài)。這種在晶體上施加一個電場，同時產(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械能的過程。2.1.3超聲波電機的運行原理當(dāng)正電壓作用于壓電材料的上表面時，在材料上表面形成正極電場，下表面形成負(fù)極電場，這種狀態(tài)下的壓電材料會伸長其長度，厚度會相應(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；下表面施加正電壓形成正電常此時，壓電材料則會加大其厚度，長度會收縮。因此在壓電材料表面上持續(xù)施加交變電場時，壓電材料會產(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，就會發(fā)生共振，壓電材料就會進(jìn)入共振狀態(tài)。超聲振動則是指壓電材料振動頻率當(dāng)超過20kHz時的統(tǒng)稱。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于EEMD和改進(jìn)OMP算法的滾動軸承故障診斷[J]. 王海明,劉永強,廖英英,王艷麗.  煤礦機械. 2019(08)
[2]基于EMD和SSAE的滾動軸承故障診斷方法[J]. 王奉濤,鄧剛,王洪濤,于曉光,韓清凱,李宏坤.  振動工程學(xué)報. 2019(02)
[3]應(yīng)用ITD分形模糊熵的自動機早期故障診斷[J]. 趙雄鵬,潘宏俠,劉廣璞,安邦.  機械設(shè)計與制造. 2019(01)
[4]LMD支持向量機電機軸承故障診斷研究[J]. 尹召杰,許同樂,鄭店坤.  哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報. 2018(05)
[5]基于VMD的超聲波電動機退化特征提取研究[J]. 陳柏言,李洪儒,安國慶,許葆華.  微特電機. 2018(07)
[6]基于改進(jìn)EMD和雙譜分析的電機軸承故障診斷實現(xiàn)[J]. 陳宗祥,陳明星,焦民勝,葛蘆生.  電機與控制學(xué)報. 2018(05)
[7]改進(jìn)OPELM在超聲電機退化狀態(tài)識別中的應(yīng)用[J]. 陳柏言,李洪儒,安國慶.  電子測量與儀器學(xué)報. 2018(03)
[8]基于VMD和奇異值能量差分譜的風(fēng)機滾動軸承故障特征提取方法[J]. 張偉,白愷,宋鵬,楊偉新,趙洪山,王正宇.  華北電力技術(shù). 2017(03)
[9]基于EMD算法的光柵莫爾條紋信號去噪方法研究[J]. 楊華暉,劉福,馮偉利.  計量學(xué)報. 2016 (05)
[10]A Novel De-noising Method Based on Discrete Cosine Transform and Its Application in the Fault Feature Extraction of Hydraulic Pump[J]. 王余奎,黃之杰,趙徐成,朱毅,魏東濤.  Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2016(03)

博士論文
[1]滾動軸承振動信號特征提取與狀態(tài)評估方法研究[D]. 王玉靜.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015

碩士論文
[1]行波型超聲波電機頻率跟蹤技術(shù)的研究[D]. 安孟宇.河北科技大學(xué) 2019
[2]基于時頻分析的特征提取與模式分類方法研究[D]. 趙衛(wèi)峰.重慶大學(xué) 2016



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