超声激励的气体挤压膜直线导轨及其控制器的研究

发布时间：2019-09-25 15:35

【摘要】：近场超声悬浮是一种基于气体挤压膜原理的新型支承方式，有着重要的应用前景，但到目前为止，其悬浮机理还没有完全被解释清楚。通过理论研究和实验分析阐述了超声波激励的挤压膜的特性。证明了超声激励的挤压膜具有较大的承载能力，能够支承自由悬浮的物体。 超声激励的气体挤压膜直线导轨由压电陶瓷、弹性铰链滑块、轨道、超声挤压膜等部分构成，其工作机理涉及到电、固、气、声等多场的耦合作用。各元素的耦合特性决定着挤压膜的特性。本文首先建立了和模型相适应的气体挤压膜压力方程、压电换能器机电耦合方程，确定了较为切合实际的各场定解问题的边界条件及初始条件。在此基础上，通过应用ANSYS软件对各控制方程进行了耦合求解。通过ANSYS仿真，从声学角度解释了超声挤压膜现象。同时，设计制作了基于STC12C5410AD单片机的数字控制器硬件电路，编写了不完全微分PID控制程序，构建了气体挤压膜直线导轨系统试验台。 实验研究分为直线导轨制备和悬浮验证实验两部分。直线导轨是能够应用在工程领域的一种无摩擦或极少摩擦的承载运输装置，它利用压电陶瓷和弹性铰链产生具有承载能力的超声挤压膜，它是超声挤压膜悬浮理论应用的一种探索和实践。其中悬浮实验是对所做的理论研究结论的验证，包括压电陶瓷粘贴、数字控制器、位移传感器及放大器的选择与调试，，传感器信号的数据采集与数据后处理。在实验中测量了导轨的振幅、悬浮高度、承载能力等参数。同时，设计了一种基于超声变幅杆的气体挤压膜直线导轨，进行了设计和加工，并在实验中进行了研究，取得了良好的效果。通过实验，证明了超声激励的气体挤压膜直线导轨具有较大的承载能力和极低的摩擦，是一种具有实用性的新型传输方式。
【图文】：

面之间具有相对运动速度、间隙中的气体具有一定粘度、间隙的收敛方向和运动方向气体挤压膜轴承，如图 1.1（c）。它是通过对支承面和被支承面之间的气体间隙进行高压，使间隙内的气体产生气膜，并具有一定的承载能力，这种轴承无需外部气源，稳运动精度高，是本文研究的重点内容。

由压电堆提供超声振动，所产生的振幅由变幅杆放大并且改变波的传递模式。研究人员通过圆盘支承实验简单明了的验证了超声激励的气体挤压膜具有悬浮物体的能力，并通过进一步的实验测得了挤压膜的承载能力等参数。图 1.2 圆盘挤压膜实验装置气体挤压膜轴承的研究虽然在不断发展，但是挤压膜轴承却一直没能在工程领域得到有效运用。设计和制造出适合生产使用的挤压膜轴承，将是推动超声挤压膜轴承用于生产实践的关键问题。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH117.2

【参考文献】

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本文编号：2541510