压电陶瓷驱动的谐综合运动电子凸轮的试验研究

利用双悬臂梁式压电陶瓷驱动器作为主动件,与混频信号发生器、压电陶瓷功率放大器、激光位移传感器组合成电子凸轮系统.由信号发生器产生设定的包含多个特定频率分量的混频电压信号,经功率放大器放大后作用于压电陶瓷驱动器上,使其发生设定的谐综合特性的运动输出.试验结果表明,压电陶瓷驱动器的运动输出很好地实现了谐综合的特性.     

压电陶瓷驱动的谐综合运动电子凸轮的试验研究

利用双悬臂梁式压电陶瓷驱动器作为主动件,与混频信号发生器、压电陶瓷功率放大器、激光位移传感器组合成电子凸轮系统.由信号发生器产生设定的包含多个特定频率分量的混频电压信号,经功率放大器放大后作用于压电陶瓷驱动器上,使其发生设定的谐综合特性的运动输出.试验结果表明,压电陶瓷驱动器的运动输出很好地实现了谐综合的特性.     

基于梁理论的导电聚合物驱动器等效模型及实验验证（英文）

导电聚合物因具有能耗小、质轻、柔韧性好等优异特性,在生物机器人和生物医学设备中具有广泛的应用前景。针对多层弯曲型聚吡咯导电聚合物驱动器搭建的实验系统,依据等效悬臂梁理论建立驱动器力学模型。测量驱动器施加0~1 V低电压时的基体弯曲变形量,通过研究驱动器的弯曲位移与电压、力与电压的关系,建立电压与等效均布载荷的函数关系式。实验结果表明,电压与垂直方向位移成线性关系,当电压为1 V时偏转位移可达到驱动器长度的一半,并且得出电压与应变的比例因子。最后,通过驱动器举起约为5倍自身重量的重物移动2.71 mm,验证了驱动器顶端可以承受力。     

基于梁理论的导电聚合物驱动器等效模型及实验验证

导电聚合物因具有能耗小、质轻、柔韧性好等优异特性,在生物机器人和生物医学设备中具有广泛的应用前景。本文针对多层弯曲型聚吡咯导电聚合物驱动器搭建的实验系统,依据等效悬臂梁理论建立驱动器力学模型。测量驱动器施加（0~1v）低电压时的基体弯曲变形量,通过研究驱动器的弯曲位移与电压、力与电压的关系,建立电压与等效均布载荷的函数关系式。实验结果表明,电压与垂直方向位移成线性关系,当电压为1V时偏转位移可达到驱动器长度的一半,并且得出电压与应变的比例因子。最后,通过驱动器举起其自身重量约为5倍的重物移动2.71 mm,验证了驱动器顶端可以承受力。     

压电驱动型电液伺服阀前置级驱动器实验研究

针对电液伺服阀电磁式前置级驱动器频响低的问题，提出了一种压电驱动型电液伺服阀前置级驱动器，该驱动器以压电叠堆(积层式压电微位移器)为驱动元件，通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构，放大压电叠堆的输出位移．同时，设计、研制了实验装置，并在试制样机上对其静、动态特性进行了实验．研究表明，该驱动器具有线性良好、高分辨率、高频响等特点，由有限元分析得到的固有频率达到了1．201kHz，实际测量的固有频率为1kHz。     

压电陶瓷驱动器的力输出特性

目的研究压电陶瓷驱动器在不同条件下的力输出特性,为压电陶瓷驱动器力输出方面应用提供理论依据.方法首先,设计一种压电陶瓷力输出性能测试装置;然后,对预压力施加速度、施加预压力与电压的间隔时间、装置设计等外界因素对力输出特性影响进行分析;最后,使用最大输出力、平均迟滞度、最大曲线偏差值、曲线漂移量和曲线周期延迟量等多个评价指标,对PSt/150/4/7VS9型压电陶瓷驱动器在不同预压力、电压频率、循环工作、电压步长等条件下的力输出特性进行实验分析.结果压电陶瓷驱动器在150 N预压力和1 Hz的电压频率条件下输出效果最好,最大输出力可达到116.56 N,平均迟滞度为10.74%,曲线最大偏差为3.89%,曲线漂移量为-0.47 N;过多次循环工作会造成迟滞曲线的重复性变差和延迟累计增大现象;相同电压步长下,力输出增量随着起始电压的增大而增大.结论实验结果符合电畴翻转理论,且压电陶瓷驱动器具有力输出最佳工作条件.     

基于传递矩阵与有限元法对陶瓷电主轴转子动态特性的分析

目的求解170SD30-SY无内圈陶瓷电主轴转子的固有频率,分析转子动态特性.方法利用Prohl传递矩阵法、有限元法对陶瓷电主轴转子进行了固有频率的计算和仿真分析,并绘制位移与频率、刚度与频率曲线,对陶瓷电主轴转子动态特性进行分析.结果通过Prohl传递矩阵法求解的结果与有限元仿真结果对比,固有频率误差最大为12%,有限元分析得出转子前四阶振型,主轴前端振动范围及刚度与固有频率的变化趋势,从而便于研究预紧与振动之间的关系.结论通过计算与仿真验证,证实两种方法的可行性及有限元法便于求解分析,得出陶瓷电主轴的固有频率高于普通钢轴,增加刚度有利于固有频率的提高,为陶瓷电主轴转子的动态特性分析提供充分依据.     

惯性导航平台角振动抑制技术

为了抑制惯性导航平台的角振动,基于隔振理论,建立了具有弹性支承的六自由度刚体在基座位移激励下的振动微分方程.分析了振动方程解耦的参数条件;依据惯导平台减振系统线振动固有频率尽可能低、角振动固有频率尽可能高的设计原则,利用抗扭软轴来增加系统的角刚度,并采用有限元模型进行了数值仿真.模态分析结果表明,设置抗扭软轴后,角振动模态频率提高至无抗扭软轴时的2.3倍左右,且对线振动模态频率不产生影响.频率响应分析结果表明,抗扭软轴能够提高平台角振动固有频率,表征角振动的位移频率响应共振频率由27 Hz提升至64Hz左右,并且角刚度的增大使角偏移降低了一个数量级.由此表明,采用抗扭软轴来增大惯导平台减振系统角刚度、抑制角振动是有效可行的.     

微机械谐振陀螺的有限元分析

依据微机械谐振陀螺的结构和工作原理,利用ANSYS有限元仿真软件对微机械谐振陀螺的设计进行了计算和仿真.首先计算了陀螺的驱动模态固有频率和检测模态的固有频率,分析了在检测方向的输出位移、哥氏力与输入驱动信号频率之间的关系,在这基础上,得出当驱动模态的固有频率与检测模态的固有频率比较接近时,输出哥氏力灵敏度较大.同时还分析了内框架梁与外框架梁对陀螺驱动模态与检测模态固有频率的影响,并以此为基础,提出了调节陀螺驱动模态固有频率与检测模态固有频率的方法.     

设备地震响应的频谱分析法

目前设备抗地震分析一般有两种基本方法 :时程分析法和地震频谱法。文中以实例说明了如何运用有限元数值分析方法来实现频谱分析的步骤：首先进行模态分析，求得结构在地震频谱频率范围内的各阶固有频率；然后进行频谱分析，先求得对应于各阶固有频率的地震响应模态解 ,再进行模态解合并以得到结构对地震的总响应；再在后处理中进行工况组合得到包括地震载荷在内的各种工况的应力解、位移解。文中还参照ASME规范第Ш篇NF分篇的原则确定了不同工况组合下的应力极限。     

基于视觉测量的微陀螺振动系统线性度测试研究

为了测试分析微陀螺驱动模态振动系统的线性度,使驱动模态在静电驱动信号激励下产生稳定的线性振动,采用计算机视觉测量方法,使用高速摄像机获取微陀螺驱动模态在频率固定的调幅驱动电压信号激励下的振动位移响应视频图像;通过对运动时序图像的处理、目标识别与运动参数测量,获得振动位移的时变曲线.进一步得到驱动电压幅值变化与振动位移幅值的变化关系,分析结果表明,该方法便于对微陀螺振动系统的线性度进行测试分析.     

介电弹性体驱动器动态电压下的变形特征及击穿行为研究

针对介电弹性体(DE)驱动器驱动性能难以预测的问题,以VHB4910薄膜为待测DE材料,圆形DE驱动器作为研究对象,针对低频条件下(0.1～10Hz)DE驱动器的动态变形与击穿行为展开了实验研究。搭建了力电耦合实验测试平台,通过实验归纳了驱动电压参数对DE驱动器动态变形和击穿的影响规律。实验结果表明:DE驱动器的动态变形平衡位置受到电压幅值的影响,动态变形的振幅则受到电压频率和幅值的共同制约。动态击穿电压的数值分散性强,难以得到明显的规律特征,因此不能准确对动态击穿行为进行表征,而通过实验发现DE驱动器能承受的电压循环周期数会受到多种驱动电压参数的显著影响,故提出采用电压循环周期数对动态击穿行为进行分析。借鉴机械循环载荷下的经典疲劳曲线方程,提出利用名义静电应力幅值代替机械应力幅值、对DE驱动器在动态电压下的电致疲劳寿命曲线进行拟合的方法,以期为动态电压作用下DE驱动器的寿命预测提供一种新思路。     

半主动悬架座椅的设计及振动特性实验研究

为改善非公路驾驶员座椅的乘坐舒适性,设计制造了一种基于带附加气室空气弹簧和磁流变减振器的半主动悬架座椅,通过控制比例阀输入电压和磁流变减振器输入电流调节座椅悬架系统的刚度和阻尼,构建了座椅的振动特性实验系统。试验研究了激励频率、比例阀输入电压及磁流变减振器输入电流对座椅振动特性的影响规律。研究结果表明,座椅悬架的固有频率、位移传递率及加速度均方根值均随比例阀输入电压的增大而减小;在高频振动区,磁流变减振器的输入电流对加速度均方根值影响较大。     

某混动SUV排气系统向车身的振动传递研究

通过动态特性试验,分析了某插电式混合动力SUV排气系统模态以及被动侧吊钩的动刚度.建立该排气系统有限元模型,对其自由模态进行仿真计算并与试验模态对比,最大误差小于5%,模型可靠.为减小排气系统向车身的振动传递,提高整车NVH性能,引入平均驱动自由度位移法进行吊钩位置优化.对优化后的吊钩进行主动侧模态分析并与目标值350 Hz对标;对优化后的排气系统进行约束模态及频率响应分析,其固有频率、峰值频率均避开了发动机常用转速激励频率范围93～107 Hz,证明优化方案可行,可用于工程实践.     

装载过程中提升钢丝绳的纵向振动特性

利用变质量非完整系统的哈密顿原理,建立了装载过程中钢丝绳纵向振动的力学模型,并推导出其纵向振动微分方程和频率方程。在此基础上,计算了系统的固有频率、钢丝绳振动位移、振动速度和动张力,同时研究了装载方式对钢丝绳振动响应的影响。研究结果表明:随着装载进行,系统第一阶固有频率变化最大,钢丝绳末端的振动位移和动张力以波动的形式逐渐增加。同时计算表明,使用装载流量逐渐增加的装载方式更加合理。     

Timoshenko梁的第二频谱分析

推导Timoshenko梁振动微分方程的初参数解,结合边界条件,建立简支梁的频率方程.当固有频率小于临界频率时,频率方程有双曲正弦函数与三角正弦函数之积的因式,当固有频率大于临界频率时,此因式变成为双三角正弦函数之积,此即Timoshenko梁产生第二频谱的理论原因.推导出等截面等跨径的2～3跨连续Timoshenko梁的频率方程,并从理论上预测存在第二频谱现象的其他结构.建立了简支Timoshenko梁第一、二频谱的频率计算公式.通过实例验证第二频谱的存在.通过微分方程求解,论证了临界频率是结构固有频率的有效组成部分,其对应的竖向位移模态无振幅、转角位移模态的振幅为常数;指出数值分析时,由于计算机截断误差的影响,所预测的临界频率有误差、所对应的竖向位移模态为不规则模态等特点.     

高频热声制冷机中的压电驱动器

为了研究压电驱动器与热声谐振腔间的耦合特性,建立了压电驱动系统的网络模拟模型。根据压电片的简支和固定两种边界条件,对压电驱动器及(热)声谐振腔声负荷系统的频率和电压特性进行了模拟计算。研究结果显示在高频时系统元件间的耦合特性较低频时好,具有简支边界的压电片产生的声压级比固定边界的要大得多,声压级随输入电压的变化特性计算与实验是相一致的。该模型可用于热声制冷机中压电驱动系统的特性分析。     

基于555时基电路的电容式传感器测量电路

由电容传感器和555时基电路构成多谐振荡器,将电容转化为频率,使电容的极距与频率成正比,再通过F/V转换器将频率转换为电压,由减法器输出与极板位移相应的电压,最后由显示器给出被测的位移量.通过实验对比,取得了满意的效果,在2mm范围内测量非线性误差小于1.2%,能较好地满足实际测量要求.     

基于Ansys Workbench的CJ190Z4机床主轴实验模型振动力学分析

目的研究CJ190Z4机床主轴模型机壳和主轴的动静态特性,得到主轴前6阶固有频率,振型和变形应力等,确定主轴前端及中端位移-频率关系和相位角-频率关系.方法利用Solidworks建立了CJ190Z4机床主轴模型的三维实体模型,将实验模型分为主轴和机壳两个子单元,运用Ansys Workbench有限元分析软件,对CJ190Z4机床主轴系统进行静力和动态分析,在此基础上进行谐响应分析,通过实测得到实验模型的刚体振动模态.结果不同温度下的主轴的固有频率不同,20℃下的前3阶固有频率分别为151.1 Hz,1 152.9 Hz,2 157.3 Hz,机壳单元的固有频率最小为255.15 Hz.主轴的1阶临界转速n=69 066 r/min,远大于主轴的最高工作转速3 000 r/min,主轴能有效地避免共振发生,保证了主轴的加工精度.主轴最大位移量是4.1μm,最大应力是19.5 MPa.固有频率随温度升高而降低.结论提高主轴的刚度和阻尼,可以有效减小振动变形,避免共振现象的发生;提高机壳单元的1阶固有频率或加设阻尼抑制机壳单元1阶共振,应加强机壳单元基础板的抗弯刚度.     

基于电压耐受曲线区域划分的可调速驱动器电压暂降耐受能力分析

为准确评估可调速驱动器受电压暂降影响的变化情况,弥补现有可调速.。驱动器电压暂降耐受能力研究的不足,对可调速驱动器的电压暂降耐受能力进行测试。本文在现有研究的基础上,制定了相应的测试计划,搭建了实测平台对三台不同型号的设备进行测试。将测试获得数据进行极值化处理,得到可调速驱动器电压耐受曲线不确定性区域。为更精确地分析可调速驱动器受暂降影响动作机理,本文提出一种基于电压耐受曲线区域划分的可调速驱动器电压暂降耐受能力分析方法。着重分析电压暂降发生在故障区域时,不同影响因素下可调速驱动器直流侧电压、输出端电流、电机转矩、转速的波形变化情况。揭示了输入暂降信号与设备工作特性之间的响应规律。