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

【文章來(lái)源】：中國(guó)機(jī)械工程. 2020,31(17)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

近聲場(chǎng)懸浮與驅(qū)動(dòng)

圖2所示為懸浮式球轉(zhuǎn)子壓電作動(dòng)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(lì)信號(hào)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(dòng)可在定轉(zhuǎn)子間隙產(chǎn)生高強(qiáng)度聲場(chǎng),給轉(zhuǎn)子提供超聲近場(chǎng)懸浮支撐和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)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(dòng)能力。球轉(zhuǎn)子在超聲近場(chǎng)作用下懸浮起來(lái),避免了定子與轉(zhuǎn)子的摩擦,利用聲場(chǎng)作用力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的阻力極小,理論上,聲場(chǎng)可以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速。因此,為了驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),需要合理設(shè)計(jì)壓電圓盤及激勵(lì)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(lái)加強(qiáng)圓桿端面的聲場(chǎng)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(dòng)電壓能產(chǎn)生正確的激勵(lì)力。為靈活選擇和設(shè)計(jì)工作模態(tài),采用環(huán)形分布的梯形片狀壓電陶瓷片激勵(lì)的方案。不失一般性同時(shí)兼顧實(shí)驗(yàn)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(lì)元件,能激發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)條件的具體方案。將圖3中所示的壓電陶瓷組分為2個(gè)極化分區(qū),分別稱為A相和B相,對(duì)它們施加同頻且時(shí)間相位差為90°的激勵(lì)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(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3351142