【摘要】：近場超聲懸浮是一種基于氣體擠壓膜原理的新型支承方式，有著重要的應用前景，但到目前為止，其懸浮機理還沒有完全被解釋清楚。通過理論研究和實驗分析闡述了超聲波激勵的擠壓膜的特性。證明了超聲激勵的擠壓膜具有較大的承載能力，能夠支承自由懸浮的物體。 超聲激勵的氣體擠壓膜直線導軌由壓電陶瓷、彈性鉸鏈滑塊、軌道、超聲擠壓膜等部分構成，其工作機理涉及到電、固、氣、聲等多場的耦合作用。各元素的耦合特性決定著擠壓膜的特性。本文首先建立了和模型相適應的氣體擠壓膜壓力方程、壓電換能器機電耦合方程，確定了較為切合實際的各場定解問題的邊界條件及初始條件。在此基礎上，通過應用ANSYS軟件對各控制方程進行了耦合求解。通過ANSYS仿真，從聲學角度解釋了超聲擠壓膜現(xiàn)象。同時，設計制作了基于STC12C5410AD單片機的數字控制器硬件電路，編寫了不完全微分PID控制程序，構建了氣體擠壓膜直線導軌系統(tǒng)試驗臺。 實驗研究分為直線導軌制備和懸浮驗證實驗兩部分。直線導軌是能夠應用在工程領域的一種無摩擦或極少摩擦的承載運輸裝置，它利用壓電陶瓷和彈性鉸鏈產生具有承載能力的超聲擠壓膜，它是超聲擠壓膜懸浮理論應用的一種探索和實踐。其中懸浮實驗是對所做的理論研究結論的驗證，包括壓電陶瓷粘貼、數字控制器、位移傳感器及放大器的選擇與調試，，傳感器信號的數據采集與數據后處理。在實驗中測量了導軌的振幅、懸浮高度、承載能力等參數。同時，設計了一種基于超聲變幅桿的氣體擠壓膜直線導軌，進行了設計和加工，并在實驗中進行了研究，取得了良好的效果。通過實驗，證明了超聲激勵的氣體擠壓膜直線導軌具有較大的承載能力和極低的摩擦，是一種具有實用性的新型傳輸方式。
【圖文】：

面之間具有相對運動速度、間隙中的氣體具有一定粘度、間隙的收斂方向和運動方向氣體擠壓膜軸承，如圖 1.1（c）。它是通過對支承面和被支承面之間的氣體間隙進行高壓，使間隙內的氣體產生氣膜，并具有一定的承載能力，這種軸承無需外部氣源，穩(wěn)運動精度高，是本文研究的重點內容。

由壓電堆提供超聲振動，所產生的振幅由變幅桿放大并且改變波的傳遞模式。研究人員通過圓盤支承實驗簡單明了的驗證了超聲激勵的氣體擠壓膜具有懸浮物體的能力，并通過進一步的實驗測得了擠壓膜的承載能力等參數。圖 1.2 圓盤擠壓膜實驗裝置氣體擠壓膜軸承的研究雖然在不斷發(fā)展，但是擠壓膜軸承卻一直沒能在工程領域得到有效運用。設計和制造出適合生產使用的擠壓膜軸承，將是推動超聲擠壓膜軸承用于生產實踐的關鍵問題。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TH117.2

【參考文獻】

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本文編號：2541510