[发明专利]一种旋转超声激振装置及时空相位调谐方法

说明书

技术领域

本发明属于压电驱动技术领域，具体涉及一种时空相位可动态调整的旋转压电超声激振装置及性能调谐技术。

背景技术

压电振子是超声电机的关键部件。压电陶瓷的逆压电效应激起超声频段的微幅振动，进而在振子表面形成期望的微观振动。应当指出的是，现有超声振子通常采用预设模态方式工作。事实上，受加工及装配误差的影响，振子的质量和刚度分布通常产生变化，因此工作点将产生漂移，影响激振效率。

若考虑由结构周期性导致的固有频率分裂和振型耦合现象，振子表面的波动将产生畸变，影响了稳定性和工作效率。

发明内容

本发明提供了一种旋转超声激振装置及时空相位调谐方法，本发明提高了激振装置的工作效率和工作稳定性，满足了实际应用中的多种需要，详见下文描述：

一种旋转超声激振装置，包括：盘形定子、压电振子和调整机构三部分，所述盘形定子、所述压电振子分别连接在所述调整机构上；

所述压电振子沿所述盘形定子的轴向安装；所述盘形定子与所述压电振子沿周向分组对称或均匀分布；

在外接电压作用下，所述压电振子产生轴向振动，激起所述盘形定子周期振动；在多个所述压电振子的激励下，所述盘形定子可产生行波或驻波。

所述调整机构包括：定子支撑、定子夹持装置、压电振子夹持装置、压电振子锁紧装置、T型槽紧固件和基座；

所述盘形定子与所述定子支撑通过螺纹连接；所述定子夹持装置沿所述盘形定子边缘夹持；

所述定子夹持装置的下端与所述压电振子通过螺栓连接，所述压电振子插入所述压电振子夹持装置；

所述压电振子夹持装置插入所述压电振子锁紧装置；

所述压电振子锁紧装置与所述T型槽紧固件通过螺栓连接，所述T型槽紧固件可沿周向在所述基座的T型槽内移动。

所述压电振子以d33模式工作，在交流电压作用下，所述压电振子将产生轴向伸缩变形。

一种旋转超声激振装置的时空相位调谐方法，所述时空相位调谐方法包括以下步骤：

当压电振子沿周向分组对称分布时，

(1)如果w±lQ≠qP，则抑制压电振子的柔体振动；

(2)如果w+lQ＝qP且w-lQ≠qP，则激起压电振子的后行波响应；

(3)如果w+lQ≠qP且w-lQ＝qP，则激起压电振子的前行波响应；

(4)如果w±lQ＝qP，激起压电振子的行波与驻波的混合响应；

其中，P为压电振子的分组数；w为波数；l为谐波响应的阶数；Q和q为整数。

一种旋转超声激振装置的时空相位调谐方法，所述时空相位调谐方法包括以下步骤：

当压电振子沿周向均匀分布时，

(1)如果lQ＝qP，将激起压电振子的零波数面外振动；

(2)如果lQ＝qP±1，则激起压电振子的波数为qP±1的柔体振动；

(3)如果为其它条件，则激起压电振子的其它波数的柔体振动；

其中，l为谐波响应的阶数；Q和q为整数；P为压电振子的分组数。

本发明提供的技术方案的有益效果是：该装置主要由盘形定子、压电振子和调整机构组成。其中，定子本体由黄铜或其它材料制成，沿其轴向安装若干压电振子，该压电振子的位置可沿盘形定子的周向无级调整。本发明给出了可产生柔体振动的时空相位条件，并给出了可进一步提升激振性能的动态调谐技术。具有如下的有益效果：

1)压电振子采用d33工作模式，提高了激振效率；

2)压电振子的数量可为多个，有助于提高激振效率；

3)压电振子的位置可沿定子的周向无级调整，有利于找到适宜的激振点，可弥补由加工和装配误差带来的工作点漂移问题；

4)压电振子的时空相位不再限于传统的90°，提高了激振装置设计的灵活性。

附图说明

图1示出了旋转压电激振装置示意图，图中仅给出了一个压电振子，事实上可以为多个，其中(a)为主视图，(b)为俯视图；

图2示出了盘形定子示意图，其中(a)为主视图，(b)为俯视图，所述定子为辐板结构，由黄铜或其它金属制成；

图3示出了定子支撑示意图，其中(a)为主视图，(b)为左视图，所述支撑的两端均有螺纹，中部设置了四个方便拧紧的平面；

图4示出了锁紧螺母示意图，其中(a)为主视图，(b)为左视图；

图5示出了定子夹持装置示意图，其中(a)为主视图，(b)为左视图；