超声波轴承用挤压式压电换能器的共振频率

摘要

设计了一种超声悬浮轴承用新型径向挤压式压电换能器,用于验证超声波轴承径向共振频率理论计算的正确性.基于弹性理论、压电方程和机电类比原理,建立压电换能器机电等效电路图,理论推导出了压电换能器径向振动的共振频率方程;然后,应用Matlab软件计算出了压电换能器的共振频率.采用有限元软件对已知结构尺寸的换能器进行模态分析,计算出压电换能器所需振型及该振型下的共振频率,数值仿真分析了换能器结构尺寸对换能器共振频率和径向振幅的影响.最后,设计了一台样机,从理论、仿真及实验三方面对其共振频率进行验证.实验结果显示:换能器径向振动共振频率的理论值与实验结果相对误差为5.89％,仿真值与实验结果误差为3.53％.实验结果证明了理论计算方法的正确性,为压电挤压换能器的设计提供了理论依据.