超声悬浮轴承及微小电机机械特性测试技术研究

摘要

电机的机械特性测试是电机测试的基本项目,对电机设计原理的验证、性能的改善、批量生产等方面工作具有重要的意义。随着超声电机的发展,出现了应用于小扭矩环境下的微小旋转型超声电机。在该类型超声电机研制过程中,有必要得到该超声电机的机械特性曲线,从而验证设计结果,优化设计方案,然而现有的测试仪器不能满足测试要求。
　　 本文研制了一套微小旋转型超声电机机械特性测试系统,并对一台微小旋转型超声电机进行了测试实验。主要进行了以下几个方面内容的研究:
　　 1、分析了微小电机机械特性测试现状,对微小扭矩和转速的测量方法进行了总结,提出了测试系统方案。
　　 2、在超声振动的基础上,分析了半波长超声换能器的结构、特点,采用阶梯形变幅杆设计了兰杰文振子,并在此基础上设计装配了整套超声悬浮轴承。
　　 3、采用非接触的方法实现对微扭矩的测量,应用涡流加载原理实现对电机的非接触加载,将力矩测量转化为力的测量,由天平读取力的测量值。对这一方案的可行性进行了验证,并设计加工了涡流加载系统。
　　 4、采用虚拟仪器的方法搭建了测试系统平台,应用Labview编制了测试系统软件,将转速测试系统和扭矩测试系统与计算机进行连接,实现了信号的采集和数据的通讯。
　　 5、对测试系统进行了实验研究,标定了杠杆放大系数,对超声轴承的减摩效果进行了试验,将该测试系统应用于某型微小旋转型超声电机的机械特性测试,得出了该电机的机械特性曲线。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 微小电机机械特性测试技术

1.2.1 超声电机机械特性

1.2.2 微小扭矩电机扭矩测试技术

1.2.3 电机转速测试技术

1.3 小扭矩旋转型超声电机机械测试系统

1.4 本课题意义及研究内容

第二章 超声轴承的设计

2.1 超声振动的物理基础

2.1.1 压电效应

2.1.2 压电材料

2.2 压电陶瓷的性能参数及压电方程

2.3 超声换能器的设计与计算

2.4 超声变幅杆的设计

2.5 压电换能器的数值法设计计算

2.6 压电换能器的有限元设计计算

2.6.1 兰杰文振子模态分析

2.6.2 兰杰文振子谐响应分析

2.7 超声轴承的制作装配

2.8 本章小结

第三章 涡流加载系统的设计

3.1 涡流加载系统的总体结构设计

3.2 涡流加载系统的可行性分析

3.3 电磁铁部分的结构设计

3.4 杠杆、基座部分设计

3.5 电子天平的选择

3.6 RS232C串行口标准

3.7 本章小结

第四章 测试平台的软硬件实现

4.1 虚拟仪器概述

4.2 测试系统的硬件实现

4.3 测试系统的软件实现

4.3.1 软件平台的选择

4.3.2 图形化编程软件平台LabVIEW

4.3.3 LabVIEW程序框图

4.4 本章小结

第五章 实验研究

5.1 涡流加载系统放大系数标定

5.2 转速调理电路实验

5.3 超声轴承实验研究

5.3.1 超声轴承的模态实验

5.3.2 超声轴承接触、悬浮效果实验

5.3.3 超声轴承减摩实验

5.3.4 超声电机的机械特性试验

5.4 本章小结

第六章 全文总结

6.1 本文的主要贡献

6.2 下步工作打算

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文