凹柱面支撑超声波悬浮轴承设计与实验研究
发布时间：2020-08-04 10:20
【摘要】： 本文结合国家自然科学基金项目“飞轮储能系统高速轴系的超声波悬浮支撑技术研究(项目编号:50605026)”开展研究工作,对于飞轮储能系统轴系的超声悬浮技术的研究而言,研究超声波对回转表面的悬浮支撑技术十分必要。基于压电学、振动力学以声学理论,本文提出利用凹柱端面的压电换能器产生超声振动实现对轴系在较高转速下的悬浮支撑,完成了凹柱面支撑超声波悬浮轴承测试系统的结构设计与制作,进行了相关的实验测试与分析。 本文结合压电理论与振动力学相关知识设计并制作了两款具有超声悬浮能力的换能器;对凹柱面压电换能器的端面振动情况作了有限元与实验分析;对与构建超声波轴承相关的换能器性能参数进行了测试。从超声振动表面对物体的作用入手对超声振动的凹柱面的悬浮减摩特性进行了理论与实验研究,分析了超声振动凹柱面的振动参数与悬浮、减摩效果之间的关系。根据轴承的实际工作情况结合超声悬浮的特点提出了一种新型的超声波轴承的结构,并完成该结构的加工与制作;将该超声波轴承与普通轴承进行了实验对比,并对该超声波轴承进了悬浮现象的验证和最高转速、摩擦系数的测试。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH133.3
【图文】：
[8]（如图 1.2）。图1.1 气体静压轴承 图1.2 磁悬浮轴承本文所研究的超声波悬浮轴承完全不同于上述轴承，是近年提出的一种新型非接触轴承。它是利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为成弹性材料中质点的超声频率的机械振动能，在压电换能器端部形成高强超声波，再利用超声波的悬浮减摩特性而研制非接触，无摩擦的新型轴承。利用超声波悬浮减摩特性所研制的超声波轴承具有结构简单、成本低、适应性强的优点，通常情况下无需另加其他润滑剂，也无需使用液压、气压、磁悬浮等技术所需要的大量的辅助设备。这对某些特种仪器，尤其是工作在航天方面（如飞轮储能系统）的摩擦副具有特别的实用价值。
[8]（如图 1.2）。图1.1 气体静压轴承 图1.2 磁悬浮轴承本文所研究的超声波悬浮轴承完全不同于上述轴承，是近年提出的一种新型非接触轴承。它是利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为成弹性材料中质点的超声频率的机械振动能，在压电换能器端部形成高强超声波，再利用超声波的悬浮减摩特性而研制非接触，无摩擦的新型轴承。利用超声波悬浮减摩特性所研制的超声波轴承具有结构简单、成本低、适应性强的优点，通常情况下无需另加其他润滑剂，也无需使用液压、气压、磁悬浮等技术所需要的大量的辅助设备。这对某些特种仪器，尤其是工作在航天方面（如飞轮储能系统）的摩擦副具有特别的实用价值。
31.2.2 超声波驻波悬浮图1.3 超声波驻波悬浮原理[18]图 1.3 为超声波驻波悬浮的原理，超声波辐射端面与反射板之间的距离为半波长整数倍，超声波在它们之间多次反射形成驻波，驻波与物体的相互作用产生竖直方向的力以克服物体的重力，同时产生水平的定位力将物体固定于声压波节处，从而实现物体的悬浮[18,19]。由悬浮原理知被悬浮的固体或液体颗粒其径向尺寸必须小于半波长，因此超声波驻波悬浮只能对微小颗粒进行悬浮。超声波驻波悬浮现多用于重要的无容器实验处理过程，用于材料的无容器凝固、液体物理性质的非接触测量以及自由液滴的动力学研究。可以用较少的设备实现一种无明显机械接触的理想实验环境，来研究液体和生物媒质力学性质。国内西北工业大学学者解文军对此做了较多的研究[20-22]。如图1.4 为解文军等人自行研制的单轴式超声悬浮系统的示意图。利用该系统成功地实现了自然界中密度最大的固体颗粒铱（Ir，密度 22.6g/cm3）和液滴汞（Hg
本文编号：2780410
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH133.3
【图文】：
[8]（如图 1.2）。图1.1 气体静压轴承 图1.2 磁悬浮轴承本文所研究的超声波悬浮轴承完全不同于上述轴承，是近年提出的一种新型非接触轴承。它是利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为成弹性材料中质点的超声频率的机械振动能，在压电换能器端部形成高强超声波，再利用超声波的悬浮减摩特性而研制非接触，无摩擦的新型轴承。利用超声波悬浮减摩特性所研制的超声波轴承具有结构简单、成本低、适应性强的优点，通常情况下无需另加其他润滑剂，也无需使用液压、气压、磁悬浮等技术所需要的大量的辅助设备。这对某些特种仪器，尤其是工作在航天方面（如飞轮储能系统）的摩擦副具有特别的实用价值。
[8]（如图 1.2）。图1.1 气体静压轴承 图1.2 磁悬浮轴承本文所研究的超声波悬浮轴承完全不同于上述轴承，是近年提出的一种新型非接触轴承。它是利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为成弹性材料中质点的超声频率的机械振动能，在压电换能器端部形成高强超声波，再利用超声波的悬浮减摩特性而研制非接触，无摩擦的新型轴承。利用超声波悬浮减摩特性所研制的超声波轴承具有结构简单、成本低、适应性强的优点，通常情况下无需另加其他润滑剂，也无需使用液压、气压、磁悬浮等技术所需要的大量的辅助设备。这对某些特种仪器，尤其是工作在航天方面（如飞轮储能系统）的摩擦副具有特别的实用价值。
31.2.2 超声波驻波悬浮图1.3 超声波驻波悬浮原理[18]图 1.3 为超声波驻波悬浮的原理，超声波辐射端面与反射板之间的距离为半波长整数倍，超声波在它们之间多次反射形成驻波，驻波与物体的相互作用产生竖直方向的力以克服物体的重力，同时产生水平的定位力将物体固定于声压波节处，从而实现物体的悬浮[18,19]。由悬浮原理知被悬浮的固体或液体颗粒其径向尺寸必须小于半波长，因此超声波驻波悬浮只能对微小颗粒进行悬浮。超声波驻波悬浮现多用于重要的无容器实验处理过程，用于材料的无容器凝固、液体物理性质的非接触测量以及自由液滴的动力学研究。可以用较少的设备实现一种无明显机械接触的理想实验环境，来研究液体和生物媒质力学性质。国内西北工业大学学者解文军对此做了较多的研究[20-22]。如图1.4 为解文军等人自行研制的单轴式超声悬浮系统的示意图。利用该系统成功地实现了自然界中密度最大的固体颗粒铱（Ir，密度 22.6g/cm3）和液滴汞（Hg
【引证文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 闫学勇;基于压电效应的海洋浮体发电研究[D];中国海洋大学;2012年
本文编号：2780410
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/2780410.html
