采用柔性铰链罗伯威尔结构的石英谐振式力传感器

介绍了一种采用柔性铰链构成的罗伯威尔结构和ＡＴ－切精密石英谐振器组成的石英谐振式力传感器。柔性铰链无间隙、无机械摩擦、充分体现材料的性能,传感器只由弹性体和谐振器两个部分组成,力的传递环节少,误差小可靠性高。通过调整柔性铰链的尺寸,可以得到不同量程的传感器。解决了整体式石英谐振式力传感器加工困难、成本高和组合式环节多、精度不高的缺点,为石英谐振式力传感器找到了一种较为合适的结构,使石英本身优良的性能得到发挥。研制了精度较高、成本较低、数字量输出的石英谐振式力传感器,并且给出了传感器的精度指标。     

石英谐振式力传感器的温度特性及其自补偿

石英谐振式力传感器的温度特性是实际应用中一个需重点考虑的性能参数。本文通过分析石英晶体谐振器在基频谐振与三次谐波振动下所表现出的不同频率——温度特性，对石英谐振式力传感器的相应温度特性进行了分析研究，并提出了传感器温度特性的自补偿方法。实验结果表明，同时测量同一传感器在不同振动模式下的频率，可在一定精度上实现传感器工作温度的自测，从而可在不另增加测温元件的条件下实现传感器温度特性的补偿。     

地脚螺栓蠕变松弛对大型数控机床几何精度衰退的影响

针对大型数控机床地脚螺栓蠕变松弛的问题,建立了分布式螺栓预紧力和蠕变力的计算模型及螺栓顺序预紧和室温蠕变的模拟模型。计算模型中考虑了螺栓常温蠕变特征和螺栓孔单元间的弹性交互作用,量化分析时利用了模拟模型,以揭示蠕变松弛对机床几何精度衰退的影响规律。结合20℃环境温度下拉拔实验获得了8.8级T型地脚螺栓的3个蠕变系数,再经9 000h蠕变模拟得到的地脚螺栓预紧力松弛比约为14.8%,床身导轨安装面直线度和平行度的相对衰退量分别为4.3μm和2.8μm。该结果表明,所建模型对大型数控机床基础件的螺栓预紧优化和几何精度保持能力的提升具有指导意义。     

石英谐振器力灵敏度温度系数特性分析

力灵敏度温度系数是石英谐振器产生温漂的主要原因之一，而且这种温漂不能用差频方法消除，因此，它是影响石英谐振式力传感器测量精度的主要原因．文中给出了测量误差与力灵敏度温度系数之间的定量关系，并得到实验验证．阐述了力灵敏度温度系数的物理意义，分析确定了标定温度的方法．在一定温度范围内使用的石英晶体谐振器，既要有一定的分辨率，又要使其测量结果不受温度影响，为此提出了石英谐振器最佳取向选取原则．根据这一原则，找出了ＡＴ切型晶片用作力敏元件时的最佳施力方位角．为提高石英谐振式力传感器的测量精度提供了一个理论基础．     

石英谐振力传感器加载机构理论及实验

对石英谱振式力传感器加载机构进行了理论分析，给出了以柔性较链为基础的加载机构的数学模型。理论分析及实验结果表明，机构产生盘差的主要原因是较链处有微小的拉压形；在机构中和传感器接触的横梁上存在一个不受偏载影响的点，通过改变传感器在机构中的位置到达该点，可以消除盘差。石英谐振力传感器加载机构理论及实验@程卫东@董永贵@冯冠平     

石英谐振力传感器加载机构理论及实验

对石英谐振式力传感器加载机构进行了理论分析,给出了以柔性铰链为基础的加载机构的数学模型,理论分析及实验结果表明;机构产生盘差的主要原因是铰链处于微小的拉压变形,在机构中和传感器接触的横梁上存在一个不受偏载影响的点,通过改变传感器在机构中的位置到达该点,可以消限盘差。     

液隔电极式压电传感器研究阳离子表面活性剂在石英表面的吸附

在液隔电极式压电传感器(ESPS)的构造中,石英表面与溶液直接接触,而石英表面在pH>2溶液的溶液中带负电荷,因此可以吸附阳离子型表面活性剂分子.本文以ESPS方法实时监测表面活性剂十六烷基二苯基溴化铵在石英晶体表面的吸附过程.本方法原理为ESPS的振荡频率随表面活性剂吸附质量的增加线性的下降.本文还讨论了石英晶体的表面粗糙度、离子强度及对pH对吸附密度的影响.     

双层预紧式六维力传感器动态性能的理论与实验研究

对一种新型的双层预紧式六维力传感器进行了动态性能理论分析与实验研究。首先介绍了双层预紧式六维力传感器的结构特点。建立了该传感器的振动系统简化模型,基于螺旋理论和多自由度系统振动学推导了系统的运动微分方程。经过对运动微分方程进行求解,得到了传感器的各阶固有频率。最后采用阶跃响应法对传感器样机进行动态性能实验研究,经过快速傅里叶变换得到了传感器的频率响应曲线。实验结果与理论计算结果一致,从而验证了理论推导的正确性。研究结果表明,双层预紧式六维力传感器的动态性能较好,能够满足一般工业生产中对六维力测量的要求。     

大型双排四点接触球轴承载荷分布影响因素研究

为充分研究大型双排四点接触球轴承的载荷分布,采用超单元法模拟滚珠滚道接触,用等效梁法模拟螺栓,得到大型双排四点接触球轴承有限元简化模型,并通过与理论模型及经验公式结果对比,验证了该模型的正确性。在此基础上,利用此模型分析螺栓预紧力、安装表面平面度及变桨同步度对轴承载荷分布的影响。结果表明:随着均布螺栓预紧力的增加,轴承最大接触载荷先降低后小幅增加;非均布螺栓预紧力使轴承接触载荷波动加剧;平面度误差会造成轴承接触载荷分布不规则突变;当变桨同步度为负时,轴承的接触载荷增大。     

石英谐振器力灵敏度温度系数特性分析

力灵敏度温度系数是石英谐振器产生湿漂的主要原因之一，而且这种温漂不能用差频方法消除，因此，它是影响石英谐振式力传感器测量精度的主要原因，文中给出了测量误差与力灵敏度温度系数之间的定量关系，并得到实验验证。阐述了力灵敏度温度系数的物理意义，分析确定了标定温度的方法。在一定温度范围内使用的石英晶体谐振器，既要有一定的分辨率又要使其测量结果不受温度影响，为此提出了石英谐振器最佳取向选取原则。     

Profile characterization and temperature dependence of droplet control on textured surfaces

Droplet control on textured surfaces has attracted much attention in the fields of drag reduction and high-efficiency microreactors. We investigated the profile characterization and temperature dependence of droplet control between wetting and non-wetting on a series of textured silicon surfaces. Surfaces were fabricated using photolithography, and the temperature-dependent wettability of the single phase regime droplets was characterized using dynamic contact angle measurements. The experiments demonstrated that the profile of textured surfaces characterizes the droplets Leidenfrost point. The Leidenfrost point is proportional to the micro-pillar size and rectangular wave-length of the textured surface and is inversely proportional to ambient temperature. The Leidenfrost droplets moved freely on the textured surface, almost without hysteresis. Droplets could be directed on the surface of microreactors with a low driving force.     

一种原子力显微镜中蠕变迟滞非线性特性补偿方案

压电陶瓷通常用于原子力显微镜(AFM)中的扫描器中,但是在无补偿开环控制中压电陶瓷在输入电压与输出位移之间表现出明显的迟滞和蠕变非线性特性,使得扫描所得图像失真.为此,针对原子力显微镜X轴的需求,采用了分步补偿的办法,先补偿蠕变特性而且可以简化迟滞补偿的算法,很大程度上减轻了图像的失真,使整个控制算法简单,无需复杂的运算,降低了对控制系统处理器的要求,降低设备成本.     

建筑结构的徐变收缩分析

根据考虑延迟弹性的混凝土线性徐变老化理论，引用桥梁结构中徐变系数的概念，推导了利用徐变系数对高层建筑结构进行的徐变收缩分析的有限元公式。结果表明工程设计人员应当考虑徐变收缩因素对建筑变形和内力的影响。     

双膜片石英谐振式力传感器设计及其性能研究

将石英谐振器分别假设为正交各向异性体和各向同性体 ,利用有限元法对其进行失稳时临界力的计算和分析 ,得出了传感器结构稳定性与谐振器厚度及支撑条件的关系。在此基础上 ,对传感器结构进行了改进 ,并对单、双膜片结构传感器的各种性能进行了实验研究 ,得出如下结论 :传感器由单膜片结构改制成双膜片结构后 ,其非线性误差、滞后误差、重复性误差和蠕变误差普遍降低 ,滞后和重复性指标的提高尤为显著 ;另外 ,双膜片结构传感器的抗偏载及横向冲击能力大大增强 ,可靠性明显提高     

多压电驱动器系统迟滞和蠕变前馈补偿控制

压电驱动器具有迟滞和蠕变等非线性特性,影响定位精度和限制系统性能。提出一种同时补偿多个压电驱动器迟滞和蠕变的控制方法。通过基于模型的开环控制补偿实现单个压电驱动器的线性化,将含有多个补偿后线性化压电驱动器的系统视为线性系统,应用叠加原理构建影响系数矩阵描述压电驱动器间的耦合效应。在前馈通路串联影响系数逆矩阵与多个线性化压电驱动器实现系统开环补偿控制。实验结果表明在阶梯形信号作用下,多压电驱动器系统的迟滞和蠕变特性同时显著减小,表明开发的前馈补偿控制方法在准静态应用中是有效可行的。     

蠕变作用下埋深对结构受荷特征影响分析——以广佛环线东环隧道工程为例

为研究在围岩蠕变作用下不同埋深软岩盾构隧道管片结构的受荷特性,以广佛环线东环隧道工程为背景,利用FLAC~(3D)(fast lagrangian analysis of continua in 3 dimensions)有限差分软件建立了数值分析模型,采用改进的黏弹塑性蠕变本构(burgers-creep viscoplastic model, CVISC),分析了埋深对管片的位移、内力及与围岩的接触压力影响。结果表明:隧道初期开挖之后,顶部围岩沉降,底部发生隆起,考虑围岩蠕变效应后,管片衬砌发生整体沉降,隧道埋深越大,管片体整体沉降越发显著;随隧道埋深的增大,弯矩、轴力与接触压力均逐渐增大。围岩未考虑加速蠕变下,蠕变过程中管片衬砌的内力和接触压力的变化规律基本相同,有衰减蠕变和稳定蠕变两个阶段。     

离散齿谐波传动啮合力及接触应力分析

对离散齿谐波传动啮合副进行力学分析,基于变形协调方程计算作用于离散齿上的力,并根据赫兹方程求解啮合副处的接触应力.由离散齿谐波传动的周期性,通过连续取波发生器的输入角值,得到离散齿谐波传动啮合力和接触应力在刚轮齿廓、波发生器和离散齿体上的分布.对刚轮齿廓出现与未出现顶切现象,得到啮合力和接触应力在接触面上的变化趋势,以及传动中出现高啮合力和高接触应力的位置,为进一步的强度校核和结构优化设计提供依据.     

循环蠕变加载下疲劳裂纹扩展速率的探讨

根据循环蠕变加载下应力-应变迟滞徊线的周期性,提出了在一个循环周期内以应变能密度为损伤参量,并把材料的机械疲劳损伤和蠕变损伤统一处理的方法,以解决这两种损伤之间的交互作用问题;指出了在循环蠕变的加速现象中包含了这两种损伤之间的交互作用的效果;借助于等效杨氏模量概念,对静蠕变公式进行修正后用于循环蠕变的应变计算,进而对能量密度进行计算。然后参照单轴疲劳的研究过程,导出了循环蠕变加载下基于能量密度的疲劳裂纹扩展速率公式。     

普速铁路直线钢轨轨距角接触问题分析及治理

基于现场观测和相关动力学仿真分析结果对普速铁路直线钢轨轨距角接触问题进行了分析.基于个性化钢轨廓形打磨技术提出了解决方案,并对实施效果进行了跟踪观测.结果表明,左右车轮非对称磨耗引起的横移量和受力状态、钢轨廓形内侧偏低导致的自对中能力不足分别是车轮和钢轨廓形角度易导致轨距角接触的主要原因.由于普速铁路货车车轮状态不尽理想,因此通过钢轨廓形打磨只能减小接触的概率,较难完全根除.将钢轨廓形与实测车轮的接触位置分布情况预测作为钢轨打磨目标廓形设计结果校核条件之一时可有效优化轮轨接触位置,进而缓解轨距角接触问题.