一种直线压电电机驱动足的结构优化设计

直线压电电机在精密仪器、生物医学和半导体封装等行业具有广阔的应用前景,其定子结构特性直接影响了电机运行的稳定性和输出性能。以一种直线压电电机定子驱动足的位移输出特性为优化目标,研究该类电机驱动足结构优化设计方法,提高该类电机的综合输出性能。通过分析驱动足的微观几何位移特性,理论研究了驱动足结构参数对输出端宏观运动特性的影响。研究了不同结构下驱动足的输出特性,确定驱动足的结构参数及最优值。最后对优化后的驱动足位移输出性能和力学性能进行仿真分析。加工优化样机,并测试电机的机械输出性能。实验结果表明,电机的输出力为0.64 N,比优化前增大了52.4％。     

碳纳米管轴向压缩行为的分子动力学模拟

用分子动力学方法对轴向压缩下的单壁和双壁碳纳米管的屈曲行为进行了模拟研究。在分子动力学模拟中,采用Tersoff-Brenner势结合6～12形式的Lennard-Jones势描述碳原子之间的相互作用。计算结果表明:单壁碳纳米管的屈曲临界力随着半径的增大而增大,但半径对其临界应力的影响只是在管径较小的情况下比较明显;在载荷下,双壁碳纳米管的外管首先失稳;双壁碳纳米管的屈曲临界应变高于外管对应的单壁碳纳米管的临界应变,而低于内管对应的单壁碳纳米管的临界应变。但是,双壁碳纳米管的屈曲临界力明显高于内、外管对应的单壁碳纳米管的临界力。     

基于磁光效应的双路偏振输出激光器

基于TSAG磁光晶体的法拉第效应和Nd∶YVO4晶体的偏振特性,本文研究了一种双路输出的激光器,其激光输出呈线性偏振。未加磁场时,激光器单路偏振输出。当加上磁场后,激光器则成双路偏振输出,且输出偏振角度和功率随磁场强度而变化。随着磁场强度的不断增大,一路光的输出功率不断减小,而另一路的输出功率则不断增大。双路偏振输出激光器可以应用于位移测量、区域环境监测和双光梳测距技术等领域。     

悬臂梁式压电振动能量收集器的疲劳分析

建立了悬臂梁式压电振动能量收集器的有限元模型,通过模态分析求解了其一阶固有频率,并通过实验验证了求解结果的准确性。对所建立的有限元模型进行静态分析后将静态分析的结果导入ANSYS nCode DesignLife中进行疲劳分析,结果表明,随着激励位移幅值的增大,压电层的应变与其成线性关系增大,而疲劳寿命迅速缩短,当激励位移增大1倍时,疲劳寿命缩短了284倍。因此在实际应用中,要综合考虑压电悬臂梁的输出电压及压电陶瓷层的疲劳寿命,才能实现最大的电能输出。     

安装误差对反射式光纤位移传感器特性的影响

研究了反射式强度调制型光纤位移传感器中安装误差对光强调制特性的影响.计算机仿真结果表明,当待测距离一定时,光强调制系数随着安装误差的增大而减小.为反射式强度型光纤位移传感器应用于球形反射面时的输出校正提供了一定的理论依据.     

多足并联型压电电机的柔性定子设计

并联压电电机采用多个压电致动器提高电机输出功率,但由于驱动器间相互干扰,导致输出效率下降。该文提出了一种由簧片和质量块组成的柔性驱动足定子结构,可降低并联直线电机中致动器间的相互干扰。建立驱动足的接触振动模型,并分析各参数对输出性能的影响。设计并制作电机样机,实验结果表明,电机的输出力随着预紧力增大而增大,激励电压峰-峰值为30 V时电机的最大输出力可达1.8 N。激励电压越大,电机的最大输出力越大。通过六足和四足电机的负载特性测试对比,证明了每个驱动足都可有效作用于滑轨上,驱动足间的相互干扰降低,输出效率提高,且电机的输出力可随着驱动足数量的增大而线性增大。     

SiGe HBT高频噪声特性研究

对SiGe HBT的高频噪声进行了模拟.频率f、载流子正向延迟时间τF、集电极电流等因素都对高频噪声有影响.当频率高于高频转角频率时,最小噪声系数NFmin随着频率的增大而线性增大,而不是与f2成正比关系,且NFmin随着集电极电流的增大先减小后增大.结果表明,噪声最小时的最佳偏置电流所对应的特征频率fT并不是最大特征频率,约为最大特征频率的50%.     

基于三角位移放大机构的压电制动器研究

提出了一种应用于压电制动器的微位移放大机构,该机构以叠层压电陶瓷为驱动元件,通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构,放大叠层压电陶瓷的输出位移。分析了放大机构的运动及放大机理,建立了制动系统的力学模型,并利用ANSYS软件建立机构有限元模型进行仿真,在试制样机上对其输出特性进行了实验。实验测试结果表明,该机构对叠层压电陶瓷输出位移的放大倍数为3.2倍,与有限元仿真得到的放大倍数4倍相近,一阶固有频率为1 814Hz,最大输出力为44.1N(150V电压下),且该机构线性良好、分辨率高、迟滞效应较小。     

基于压电陶瓷的等变厚度悬臂梁特性研究

以等、变厚度悬臂梁为研究对象,以单轴向玻璃纤维为基体材料结合压电陶瓷片设计出智能悬臂梁模型。利用数值模拟与实验相结合的方法分析了压电陶瓷片对悬臂梁模态频率、自由端最大位移及应变分布的影响。结果表明,未加电压情况下,增加压电陶瓷铺设数目能有效增大悬臂梁固有频率,减小自由端最大位移,但对应变分布无显著影响;施加电压时,可进一步减小悬臂梁自由端最大位移,亦可减小各监测点应变值。     

基于悬臂梁结构的惯性冲击直线压电马达

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。     

基于1×2阵列压电悬臂梁的AFM并行扫描

分析了阵列悬臂探针并行扫描的工作方式,以非接触磁力模拟样品与悬臂梁间的范德华力,研究了1×2阵列压电悬臂梁的并行扫描和驱动控制方法。每一压电梁均集成了微位移致动器和力传感器,在320Hz一阶共振频率下振动。实验表明:在0.2～1.0mm力作用区内,压电梁自由端每接近模拟样品0.1mm,表征悬臂梁振幅的锁相放大器输出电压减小1.7mV,但微力传感在扫描的升回程存在迟滞;致动器的控制电压每增加10V使锁相放大器输出减小约3mV,表明集成的致动器可调节压电梁与样品间的间距。两压电梁的电荷-位移响应曲线、间距调节灵敏度均不完全一致,讨论了阵列悬臂梁一致性问题和阵列规模大小问题。     

压电双晶片阵列式直线驱动器的设计与研究

基于压电双晶片提出一种新型准静态直线压电驱动器,可通过阵列的方式获得所需机械输出力,结构简单,性能稳定,可控性强。利用有限元软件对驱动器结构进行设计与分析,并加工制造了该驱动器的物理样机。最后通过实验发现,当驱动频率为500~2 100Hz时,驱动器可直接输出直线运动。当驱动频率为1 100Hz,驱动电压峰-峰值为200V,预紧力为1.5N时,该驱动器最大输出速度可达95mm/s,最大输出力为0.7N。     

PBP压电双晶片驱动器力学特性研究

为了获得后屈曲预压缩 （PBP）驱动器的力学特性,该文通过解析模型、有限元模型及实验验证对其进行了研究,3种结果符合较好。结果表明,PBP驱动器可达到10°的输出转角峰 峰值,3倍于施加同样电压的普通压电双晶片,设计空间增大。其一截频率达到178 Hz,远高于普通微小型电动伺服舵机。该文可为PBP舵机驱动器原理样机的研制提供理论基础和实验方法。     

Static and dynamic high voltage limitation of series and parallel bimorph actuators

The series and parallel bimorph actuators were investigated to identify the limiting factors at high voltage operations. In the static condition, the series and parallel bimorph exhibit polarization-shaped and three-looped hysteresis curve, respectively. The parallel bimorph shows much larger magnitude of saturated and remnant polarization than the series bimorph. The series bimorph is mainly restricted by the breakdown voltage in contrast to the parallel bimorph, which is limited by the domain reorientation. In the dynamic condition, both types of actuators are mainly limited by the maximum stress and domain reorientation. The actuator tends to fracture at the location of maximum stress near the resonance when the voltage is increased to a certain degree. Further increasing the voltage, domain reorientation may happen at frequencies lower than the resonance. Comparatively, the series bimorph has higher resistance to the domain reorientation than the parallel bimorph.     

大口径SiC主镜主动支撑研究及促动器设计

大口径轻量化SiC主镜是一种新型主镜,之前没有成功的支撑案例作为参考。通过对各类大口径主镜的主动支撑技术的优劣进行分析,确定利用液压并联力促动器的支撑方式对SiC轻量化主镜进行支撑,并利用自由谐振模式定标方法研究了某4 m SiC主镜的校正力需求,计算发现该主镜对力促动器的校正力分辨率要求为0.1 N。针对这一需求,详细分析了影响机械式力促动器精度的主要因素,并进行了相应的设计,采用步进电机作为动力源,通过大减速比减速器驱动滚珠丝杠输出微米级微位移,并利用复合弹簧系统将位移转化为作用力,最终设计并加工出一款高精度力促动器,并对促动器进行了测试,发现该促动器的输出力范围-400～400 N,位移分辨率0.96 m,力分辨率0.05 N,可以满足主动支撑对力促动器的需求。     

Studies on the performance characteristics and improvements of the piezoelectrically-driven micro gas compressors

This study presents the main characteristics of a micro gas compressor produced by microfabrication techniques on silicon wafers. The compressor consists of a compression chamber, check valves and a silicon membrane where the piezoelectric bimorph actuator is installed. Compressor performance was investigated under various working conditions of input voltage and frequency to the actuator at several downstream back pressures. Volume stroke ratio is a critical parameter for gas compressors. However, micro actuators do not generally produce large displacement, so the volume stroke ratio of the micro compressor is expected to be significantly less than that of conventional mechanical compressors. Therefore, the possibility of using dual compression was also investigated in order to improve micro compressor performance. The performance of the micro compressor is evaluated in this study through experiments and simulation.     

压电陶瓷驱动器动态非线性建模与实验分析

针对谐振型压电陶瓷驱动器的动态非线性,建立了一个数学模型来定量描述驱动器输入与输出的非线性关系,借此可以定量分析其动态非线性的大小;并利用此模型对PZN－PZT悬壁梁式双晶片变曲驱动器动态非线性进行了实验分析,实验结果表明此模型对驱动器动态非线性定量分析效果良好。     

压电阀中的微位移放大机构

压电陶瓷材料具有优良的力学性能和响应特性,将其作为智能执行器应用于液压阀中,是持续多年的研究热点。但压电驱动器输出仅为微米级,难以直接满足液压阀的使用要求,因此需要设计相应的微位移放大机构。首先,重点介绍了柔性铰链放大机构及其在压电阀中的典型应用,根据原理可分为杠杆、三角、桥式等放大形式;其次,归纳了基于液压放大和晶片放大机构的两类压电阀的代表性结构和性能特点;最后,分析对比了三类放大机构应用于压电阀中的优缺点。结果表明,铰链放大结构简单,再现性好;液压放大占用空间小,频带宽,倍数高;晶片放大频响高,只适用于伺服和先导控制。     

2 m级望远镜主动调节侧向支撑机构设计与优化

基于某2 m轻量化SiC主镜,设计了一种新型主动调节侧支撑机构。先分析常用的侧向支撑机构的结构形式和特点;再设计由位移促动器、柔性铰链结构和嵌入杠杆系统等部件组成的主动调节支撑机构;最后,对机构的支撑力和移动量进行有限元分析,并且搭建实验平台,对其进行刚度和调节能力测试。试验结果表明:当支撑力为562.55 N时,杠杆结构中位移促动器承受的力为97.57 N,大大降低了位移促动器的刚度、强度要求;位移促动器行程为0.065 mm,是支撑杆中的22倍,大大降低了位移促动器分辨率要求;试验测得刚度为1 225 N/mm,达到了设计要求,表明这种柔性杠杆支撑系统具有很好的工程应用能力。