1 南京师范大学 电气与自动化工程学院，江苏 南京 210023
2 苏州大学 文正学院，江苏 苏州 215104
针对精密仪器及微小型设备对线性微进给驱动马达的需求，该文设计了一种封闭式柱形微型惯性冲击压电马达，并验证了马达工作原理的可行性。制作出马达样机并进行实验测试，结果表明，施加预紧力为0.25 N，驱动信号锯齿波电压峰-峰值为50 V，频率为500 Hz时，马达空载输出最大速度为6.19 mm/s，步进分辨率为12 μm；施加预紧力为0.5 N，驱动信号电压峰-峰值为50 V，频率为500 Hz时，最大负载为20 g。
压电马达 压电叠堆 惯性冲击 锯齿波 piezoelectric motor piezoelectric stack inertial impact sawtooth wave
氡子体气溶胶粒径是氡子体内照射剂量转换系数关键参数，研制氡子体气溶胶粒径测量装置开展对环境氡子体气溶胶粒径分布测量是必要的。惯性冲击器是一种广泛应用的颗粒物分级采样器，本文分析了几类常见的惯性冲击器，基于空气动力学理论与相关研究基础，设计了一种切割粒径为1 的多孔撞击式采样器。利用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）分析软件Fluent以及离散相模型对多孔撞击式采样器结构的收集板直径、收集板与内壁距离、喷嘴距离、喷嘴与收集板距离、喷嘴高度等设计参数进行模拟与分析，得到了一组优化设计参数，并在实验室用GRIMM11-D空气动力学粒度仪进行了标定。结果表明：多孔撞击式采集器的喷嘴距离（D）、喷嘴高度（T）、喷嘴到收集板的距离（S）与喷嘴直径（W）的关系在D/W=1.5~3.5、T/W=1~5、S/W=1范围内，实验标定结果为dp50=（1±0.07）μm，σg1=1.33，σg2=1.35与CFD数值模拟的结果基本吻合，该冲击器切割粒径满足实际应用需求。
氡子体 惯性冲击器 参数设计 模拟验证 Radon progeny Impactor Parameter design Simulation and verification
合肥工业大学 机械工程学院, 安徽 合肥 230009
该文提出了一种基于盘型对称驱动的惯性冲击旋转压电马达。该马达主要由定子、转子、驱动足和预紧装置组成。马达激励信号为锯齿波信号, 采用压电叠堆激励实现马达高功率输出。马达通过螺杆将定子与预紧装置装配于一体, 实现了马达结构紧凑化与微型化。设计加工了马达样机并通过实验验证了马达的工作原理, 对马达的综合性能进行了分析和测试。测试结果表明, 当马达预紧装置施加的预紧力为1 N, 输入激励电压峰-峰值为80 V, 激励信号频率为1 kHz, 且每输出一个周期锯齿波, 激励信号延迟100 ms再输出下一个, 以研究马达静态启动特性和步长, 测得马达的最大空载速度达到3.05 r/min, 平均步长为0.032 rad; 激励信号频率为3 kHz时, 马达的最大空载速度达到9.1 r/min, 马达最大负载可达16.2 N·mm; 马达在0.5~3 kHz激励信号频率范围内均可实现转动。
压电马达 盘型 惯性冲击 锯齿波 piezoelectric motor disk type inertial impact sawtooth wave
1 华北水利水电大学 机械学院, 河南 郑州 450045
2 合肥工业大学 机械工程学院, 安徽 合肥 230009
针对大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)观测光纤扫描定位的需求, 设计了一种基于悬臂梁结构的惯性冲击直线压电马达, 分析了该压电马达的驱动机理。为避免共振, 采用有限元仿真法获得了振动座的一阶共振频率。设计加工了马达样机, 搭建了实验平台, 并进行了马达性能测试与分析。结果表明, 在预紧力为0.2 N, 驱动信号为锯齿波偏置一半, 当电压峰-峰值为60 V(600 Hz)时, 马达无负载速度为1.83 mm/s, 当电压峰-峰值是15 V时, 马达的位移分辨率为0.8 μm; 当预紧力为0.4 N, 驱动信号峰-峰值为60 V(600 Hz)时, 马达最大负载为0.18 N, 行程为40.5 mm。马达的性能参数符合光纤定位器扫描需求。
压电马达 悬臂梁 惯性冲击 锯齿波 有限元仿真 piezoelectric motor cantilever beam inertial impact sawtooth wave finite element simulation
吉林大学 机械科学与工程学院，吉林 长春 130022
针对目前压电驱动器主要使用非对称锯齿波电信号驱动压电晶体实现驱动的现状，采用对称电压信号驱动压电振子，设计了非对称夹持式压电旋转驱动器。用对称波电信号作用在压电双晶片振子上，产生正反两个方向大小不同的周期性惯性冲击力，驱动机构实现旋转位移。建立了压电旋转驱动器的动力学模型，分析了非对称夹持旋转驱动器实现大小不同惯性冲击力的原理以及压电旋转驱动器的运动过程。组成了压电旋转驱动器的测试系统，在不同电压幅值、频率的方波激励下，对压电旋转驱动器的平均步长进行了测试。结果表明：非对称夹持式压电旋转驱动器能实现较稳定的单向转动，最大行程为360°，最大承载能力超过300 g，步长分辨率为5 μrad，最大转动速度为4 000 μrad/s；驱动器样机在20 V、2 Hz的方波激励下，平均运动步长为12 μrad，转动速度为24 μrad/s。
非对称波 惯性冲击 压电双晶片 旋转驱动器 asymmetric wave inertial impact piezoelectric cantilever bimorph rotated actuator
为了研究惯性冲击机构中的旋转运动,设计了一台可调节预压力的旋转型压电惯性冲击马达。分析了该马达的运动原理及过程,研究了驱动信号、结构参数、压电元件等对马达运动特性的影响及规律。实验结果表明,该马达的转动速度与驱动信号的频率、电压成正比,与主体和配重的比值(M/m)成反比,转动速度随压电元件充放电时间增加而减小。研究还显示,旋转型惯性冲击马达的机械特性和正反转特性不同于电磁马达,该马达的转动速度-转矩特性为一折线,马达的正向转动速度始终大于反向速度。当驱动信号频率为1 100 Hz、电压为50 V、充电时间为70 μs、M/m=8.9时,该马达的转动速度为1.75 °/s,最大转矩为0.13 N·m。结果表明,旋转型惯性冲击马达是一个多变量系统,其运动性能受多种因素的控制。
惯性冲击马达 压电马达 旋转运动 工作特性 impact drive mechanism piezo motor rotation motion operating characteristic
吉林大学,机械科学与工程学院,吉林,长春,130025
提出了利用正弦波信号驱动压电双晶片振子,应用惯性冲击力实现机构微小位移的技术方案,建立了机构运动的数学模型.设计了斜面结构,使正弦波作用产生的周期性惯性冲击力形成竖直作用于微位移驱动机构的分量,通过改变正压力调整摩擦阻力的大小,并推导了Qu
微位移机构 振动 惯性冲击 摩擦 压电双晶片 正弦波
吉林大学,机械科学与工程学院,吉林,长春,130025
研制了一种以自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片为驱动单元的新型惯性冲击式旋转精密驱动器.对自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片的动态特性进行了有限元法和实验分析,提出了压电双晶片型惯性冲击式精密驱动器特定的定频调压驱动方法.对压电双晶片型惯性冲击式旋转精密驱动器进行了性能测试,驱动器旋转行程为180°、旋转步长分辨力为1μrad、最大转速为0.2 rad/min、最大扭矩为0.02 Nm.该驱动器结构简单,特别是成本为传统惯性冲击式驱动器的1/100左右.
惯性冲击 压电双晶片 悬臂 有限元分析
