本文關(guān)鍵詞：超聲波軸承用壓電換能器技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 壓電換能器 超聲懸浮軸承 機電等效電路 諧振頻率 有限元分析

【摘要】：氣體軸承在微細(xì)加工、精密工程、醫(yī)療器械等工程領(lǐng)域中,是提高機械加工精度的重要途徑。隨著氣體潤滑和超聲懸浮技術(shù)研究的不斷進步,高速度、高精度、低摩擦、非接觸氣體擠壓膜軸承成為該技術(shù)領(lǐng)域新的研究方向,超聲波懸浮擠壓膜軸承在一維平板靜壓懸浮基礎(chǔ)上向多維、動態(tài)方向發(fā)展,高功效壓電換能器又稱作壓電擠壓器成為超聲波軸承的關(guān)鍵組成部件。 本文提出了一種用于新型超聲懸浮擠壓膜軸承中的徑向全包容柱狀擠壓式壓電換能器,建立了徑向耦合振動的機電等效電路理論數(shù)學(xué)模型,進行了振動特性的有限元仿真分析與實驗驗證,分析了壓電換能器的振動特性。主要研究工作如下： 結(jié)構(gòu)上,采用帶有支撐座、矩形凹槽結(jié)構(gòu)的薄壁金屬圓筒,和矩形壓電陶瓷薄片構(gòu)成。該結(jié)構(gòu)滿足超聲懸浮軸承與軸之間構(gòu)成徑向全封閉的薄膜空間,增加了輻射面積,減小了摩擦,提高了懸浮穩(wěn)定性、旋轉(zhuǎn)精度、工作效率等。 理論上,應(yīng)用壓電超聲振動相關(guān)理論、機電類比法,構(gòu)造系統(tǒng)的徑向耦合振動的機電等效電路數(shù)學(xué)模型,建立壓電換能器徑向振動的機電等效電路,計算出該類型復(fù)合壓電換能器的諧振頻率方程,采用Matlab軟件計算已知設(shè)計尺寸換能器的諧振頻率、反諧振頻率等振動特性參數(shù)。結(jié)合ANSYS軟件中壓電耦合體有限元理論,對換能器進行模態(tài)與諧響應(yīng)分析,計算出壓電換能器成三角型擠壓變形的最佳振動形態(tài)、諧振頻率、反諧振頻率、及徑向最大振幅,探討出壓電換能器諧振頻率與材料、結(jié)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系。 結(jié)合數(shù)值分析和正交試驗方法,分析壓電換能器材料、結(jié)構(gòu)尺寸對換能器諧振頻率和徑向最大振幅的影響；以優(yōu)化換能器機械振動性能為目的,優(yōu)化換能器結(jié)構(gòu)尺寸：制作壓電換能器樣機和超聲懸浮軸承系統(tǒng),并對換能器進行諧振頻率與徑向振幅測試,驗證理論計算與有限元分析結(jié)果的正確性。
【關(guān)鍵詞】：壓電換能器 超聲懸浮軸承 機電等效電路 諧振頻率 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：大連交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB552;TH133.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 課題研究背景及其研究意義11-12
• 1.1.1 研究背景11
• 1.1.2 研究意義11-12
• 1.2 壓電換能器技術(shù)研究概述12-21
• 1.2.1 超聲波懸浮工作機理12-14
• 1.2.2 壓電換能器技術(shù)研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.3 壓電換能器在超聲波軸承領(lǐng)域的發(fā)展18-21
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)21-23
• 第二章 壓電換能器設(shè)計23-30
• 2.1 壓電材料23-25
• 2.1.1 壓電材料基本特性參數(shù)23-24
• 2.1.2 壓電材料分類24-25
• 2.2 壓電換能器基礎(chǔ)理論25-27
• 2.2.1 壓電振子振動模態(tài)25-26
• 2.2.2 壓電方程26-27
• 2.3 壓電換能器設(shè)計27-29
• 2.3.1 壓電換能器用途27
• 2.3.2 壓電換能器工作原理27-28
• 2.3.3 換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計28-29
• 本章小結(jié)29-30
• 第三章 壓電換能器徑向振動耦合數(shù)學(xué)模型的建立30-42
• 3.1 金屬薄壁圓筒徑向振動30-35
• 3.1.1 基本方程30-33
• 3.1.2 金屬圓筒徑向擠壓振動的機電等效電路33-35
• 3.2 矩形壓電陶瓷薄片長度伸縮振動35-39
• 3.2.1 基本方程35-38
• 3.2.2 矩形壓電陶瓷片長度伸縮振動機電等效電路38-39
• 3.3 壓電換能器徑向耦合振動諧振頻率方程39-41
• 3.3.1 等效電路39-40
• 3.3.2 等效阻抗40-41
• 3.3.3 諧振頻率方程41
• 本章小結(jié)41-42
• 第四章 壓電換能器有限元分析42-58
• 4.1 有限元及建模42-47
• 4.1.1 有限元與ANSYS軟件簡介42-44
• 4.1.2 材料類型與材料參數(shù)44-45
• 4.1.3 建立有限單元模型45-47
• 4.2 壓電換能器模態(tài)分析47-53
• 4.2.1 模態(tài)分析概念與目的47-48
• 4.2.2 換能器模態(tài)分析48-53
• 4.3 換能器諧響應(yīng)分析53-54
• 4.3.1 諧響應(yīng)分析概念與目的53
• 4.3.2 換能器諧響應(yīng)分析53-54
• 4.4 換能器諧振頻率與徑向振幅的影響因素54-56
• 4.4.1 材料對諧振頻率與徑向振幅的影響54-55
• 4.4.2 換能器結(jié)構(gòu)尺寸對諧振頻率與徑向振幅的影響55-56
• 本章小結(jié)56-58
• 第五章 壓電換能器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與實驗研究58-69
• 5.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計58-61
• 5.1.1 正交試驗介紹58-60
• 5.1.2 優(yōu)化設(shè)計60-61
• 5.2 實驗測試61-67
• 5.2.1 樣機制作61-63
• 5.2.2 實驗設(shè)備介紹63-65
• 5.2.3 實驗方案設(shè)計65-67
• 5.3 測試結(jié)果分析67-68
• 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文73-74
• 致謝74

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳思;藍(lán)宇;顧?quán)崗?;壓電單晶彎張換能器研究[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報;2010年09期

2 常穎;吳博達(dá);程光明;楊志剛;田豐君;;超聲波軸承用壓電換能器模態(tài)分析及實驗研究[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2006年05期

3 王應(yīng)彪;劉傳紹;王遠(yuǎn);張慶文;;縱向壓電式換能器模態(tài)分析及實驗研究[J];機械設(shè)計與制造;2011年03期

4 王宏祥;白洋;胡靜;何R，

本文編號：611537