悬浮式球转子压电作动器的设计及实验研究

发布时间：2021-08-19 09:18

　　针对机械转子式陀螺仪对支承和高转速的特定要求,设计出一种兰杰文振子和压电圆盘复合驱动的定子,从而在定子振动输出面获得足够振幅的行波运动,实现对球转子的超声近场非接触支承和高速驱动。对圆盘定子进行了结构动力学设计,使其工作频率与兰杰文振子频率基本一致。样机模态实验表明复合定子频率一致性较好。通过悬浮高度和转速测试发现,转子悬浮稳定,转速与驱动频率有关,在200 V激励电压下的共振频率附近可获得最大转速3 880r/min。 

【文章来源】：中国机械工程. 2020,31(17)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

近声场悬浮与驱动

图2所示为悬浮式球转子压电作动器,主要包括压电圆盘、与圆盘一体的圆杆(顶部半球凹槽)、球转子。利用圆盘底部压电元件的逆压电效应,在特定的激励信号下激发出压电圆盘中的行波,顶端圆杆输出面的行波振动可在定转子间隙产生高强度声场,给转子提供超声近场悬浮支撑和旋转驱动力。其中,兰杰文振子提供纵振,提高声辐射端面的悬浮、驱动能力。球转子在超声近场作用下悬浮起来,避免了定子与转子的摩擦,利用声场作用力驱动转子旋转时的阻力极小,理论上,声场可以驱动转子达到很高的转速。因此,为了驱动转子旋转,需要合理设计压电圆盘及激励方式以激发出需要的行波,但是定子生成行波的弯振模态提供悬浮力的能力有限,因而需要复合定子中的兰杰文振子的纵振来加强圆杆端面的声场辐射能力,以确保球转子的完全悬浮。且圆盘定子和兰杰文振子的工作频率需要保持一致,以保证输出面行波不受兰杰文振子纵振的干扰。

合理配置压电陶瓷的极化方向并施加适当的驱动电压能产生正确的激励力。为灵活选择和设计工作模态,采用环形分布的梯形片状压电陶瓷片激励的方案。不失一般性同时兼顾实验条件,选择了图3所示的压电陶瓷极化分区的布置方案。将陶瓷片组合为环形激励元件,能激发出一个波长的弯振模态。根据需要也可以其他方式组合,图3的方式仅是兼顾实验条件的具体方案。将图3中所示的压电陶瓷组分为2个极化分区,分别称为A相和B相,对它们施加同频且时间相位差为90°的激励电压,激发出满足式(2)的两相驻波,继而叠加形成行波。

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3351142