新型压电双晶片式惯性旋转驱动机构设计

提出了一种通过机械方式控制压电驱动机构和接触面间摩擦力矩的有序变化,形成以压电双晶片振子为驱动元件的新型压电惯性旋转驱动机构的研究方案．研究了该机构的运动机理,指出通过改变机构向不同方向运动时和支撑面之间的摩擦系数值,可以实现压电驱动机构的定向运动．对机构惯性冲击力矩的产生、摩擦阻力矩的改变形式进行了分析．设计了压电惯性旋转驱动机构,制作了试验样机,并对相关性能进行了测试试验结果证明该机构可以实现预期的运动.     

三角混合两级杠杆微位移放大机构的设计及性能分析

针对压电执行器和压电驱动平台输出行程有限的问题,设计了一种三角混合两级杠杆微位移放大机构.首先,理论推导了该微位移放大机构的位移放大公式,得到了位移放大比;其次,分析了不同类型两级杠杆结构支点铰链对施加载荷的敏感性;最后,利用ANSYS软件对机构进行静力学和动力学仿真,对机构的相对寄生运动比和固有频率进行了分析.结果表...     

单振子二自由度球面马达的运动机理

利用矩形板形压电振子的两种振动模态,构建了一种采用单片压电振子驱动球形转子,形成两个旋转自由度的压电球面超声马达,对马达的作用机理进行了仿真分析和试验验证.利用有限元法对马达的矩形板压电振子的振动模态、共振频率进行了分析计算,仿真结果表明矩形板压电振子能够形成振型清晰的B32和B23振动模态,模态频率分别为49.127 kHz和49.756 kHz.对压电振子上每个凸起与球形转子之间的接触点的运动轨迹进行了计算机仿真,并对仿真结果进行了试验验证.分析结果表明各接触点能有效形成时序合理的椭圆运动轨迹,作为支撑足的一组凸起的变形量占作为驱动足的一组凸起的变形量的30%,能够用于驱动球形转子形成二自由度转动.仿真分析和试验结果证明了二自由度球面马达球形转子形成二维运动的作用机理.     

尺蠖型压电直线驱动器的运动稳定性分析

为了深入研究尺蠖型压电驱动器的性能，分析了尺蠖型压电直线驱动器的工作原理，研究了直线动子对驱动器性能的影响．通过实验方法分析了钳位机构调整前后对钳住稳定性的影响．采用驱动器输出单步位移的步距失稳系数和驱动电压与输出位移拟合曲线斜率和截距偏差率的方法评价尺蠖型压电直线驱动器的运动稳定性．经实验测试发现驱动器的步距失稳系数与驱动电压关系密切，当驱动电压较高时，驱动器具有较好的步距稳定性．驱动器的驱动电压与输出位移拟合曲线斜率和截距偏差率分别为1．8％和9．07％，说明所开发的驱动器具有很好的运动稳定性．     

新型同步箝位控制压电马达

提出一种新型谐振驱动同步箝位控制压电马达,该压电马达由一个谐振驱动振子和同步箝位开关构成,结合超声马达的谐振驱动与尺蠖马达的控制机理,使输出组件沿导轨产生直线运动。详细分析了该压电马达的运动机理,采用有限元仿真法确定结构尺寸,研制了样机并进行了性能测试与分析,实验结果表明该种压电马达具有良好的性能。     

上三角肘杆式压力机主驱动机构的运动学分析

针对压力机主驱动机构的运动特性,提出了一种上三角肘杆式压力机主驱动机构。根据该机构的工作原理,建立了上三角肘杆式主驱动机构的工作原理示意图和仿真模型,根据各连杆的几何关系,运用机械系统运动学分析软件ADAMS依次对连杆1~7进行了运动学仿真计算,得到了肘杆机构的所有杆件在不同杆长条件下对应的位移、速度和加速度的变化曲线。获得了上三角肘杆机构各个杆长的运动特征,分析了每个连杆对主驱动机构工作状态的影响,揭示了上三角肘杆式压力机主驱动机构在工作过程中的运动规律,为实际工况下确定机构参数提供理论依据,为后续更深入和详细的进行肘杆机构的研究奠定了一定基础。     

新颖微型压电旋转关节的建模与仿真

提出一种基于惯性冲击驱动原理的新颖微型压电旋转关节,用于关节臂式多自由度定位操作系统的旋转关节驱动.该旋转关节采用对称的整体结构设计,利用压电堆产生驱动力矩,通过碟形弹簧调整预紧力,具有运行稳定、驱动力矩大、易于微型化等优点.建立了该机构驱动模块的结构模型,运用ANSYS软件分析了定子结构的静态变形和固有振动特性;建立了该机构的动力学模型,应用MATLAB/Simulink软件获得了旋转轴的粘滑运动和步进位移特性.仿真结果表明,该压电旋转关节具有较好的步进位移输出能力和较宽工作频率范围,在1 000 V/mm激励电场下,步进位移达到0.07°,稳定的粘滑工作频率达到1 000 Hz以上.     

适用于生物薄膜材料的压电驱动高精度疲劳试验机构

为研究生物薄膜材料的疲劳行为及其机制，对其进行疲劳测试，利用压电振子作为疲劳试验机构的驱动力源，并基于系统共振方法设计了适用于昆虫薄膜材料的疲劳试验机构．首先，介绍压电驱动式疲劳试验机构的工作原理，然后建立动力学模型，获得机械系统的动态特性，并制作了样机．最后利用样机在蜻蜓翅翼上施加给定循环特性R=0．1的交变应力，通过对试验结果的观察，分析了蜻蜓翅翼由于疲劳破坏所引起的一系列裂纹产生、扩展的机理．制成的样机满足对生物薄膜材料进行疲劳试验所需的载荷小、加栽精度高、共振稳定可靠和抗干扰能力强等要求．     

二维并联跨尺度压电精密位移驱动平台研制

多自由度跨尺度精密位移驱动平台在光学计量检测、半导体制造、生物医学工程等诸多领域具有广泛的应用需求。针对串联多自由度压电驱动平台结构厚重的问题,结合压电柔性铰链机构和冲击驱动原理,研制了一款结构紧凑的二维并联跨尺度压电精密位移驱动平台。通过有限元仿真和实验测试验证其性能,结果表明：压电柔性铰链定子的静态位移为7.95μm,固有频率为11.80 kHz。低频步进位移和高频平滑运动测试表明：原理样机的步进位移分辨力为100 nm,平滑运动速度为4.96 mm/s,负载力达到100 mN以上。原理样机基本满足多自由度跨尺度精密位移驱动的技术要求,在微纳光学检测等系统中具有良好的应用价值。     

基于MEMS存储器中二维驱动机构数值模型分析与实验

分析了MEMs数据存储器机构中柔性弹簧的线性大位移驱动特性，提出了一种等效数值模型，并利用该模型等效替换数据存储器驱动机构的关键部位，保留了MEMS数据存储器驱动机构的实际工作特性，并在此基础上将驱动机构转换成质量块和弹簧结构两种单元形式，解决了驱动机构中相对小尺寸有限元建模的问题，大大减少了单元数量．通过设计实验系统进行对比验证，驱动仿真分析结果与实验结果具有良好的吻合性，验证了该等效过程及模型的正确性．为MEMS数据存储器驱动机构的开发提供了理论设计和实验参考．     

车辆主动惯容式动力吸振悬架系统研究

为解决作动器惯质对主动悬架性能不利,被动惯容式动力吸振悬架减振频段较窄的问题,提出了车辆主动惯容式动力吸振悬架构型和车身加速度补偿控制策略。通过对系统动态阻抗特性的解析,表明该方法能大幅削减悬架的簧载共振峰。研究了系统参数对平顺性三项指标的影响关系,说明加速度补偿系数应在空间允许情况下择大为宜,其他参数应折衷选取。通过数值仿真,对比了该悬架与理想动力吸振悬架、被动惯容式动力吸振悬架、传统悬架和主动天棚阻尼悬架的效果,结果表明该悬架能有效改善舒适性,克服作动器惯质的不利影响,且车身加速度补偿控制策略的算法简单、计算量较小,有助于降低成本并提高控制的鲁棒性和实时性。     

Impact force measurement of an actuator arm of a hard disk drive

Impact forces of an actuator arm of a hard disk drive (HDD) are measured by means of modifying the levitation mass method (LMM) whose basic concept was proposed by the first author. In the LMM, force is measured as the inertial force of a mass levitated with sufficiently small friction using an aerostatic linear bearing. The Doppler frequency shift of the laser beam reflecting from the mass is accurately calculated from the waveform recorded using a digitizer. The velocity, the position, the acceleration and the inertial force of the mass are calculated from the measured time-varying Doppler frequency shift. In the experiments, the mechanical response of an actuator arm of a HDD against an impact load and the inertial force of the actuator arm in free oscillation are measured. The importance and the problems concerning the present knowledge on the impact force of an actuator arm of a HDD are also discussed.     

A Novel Threshold Accelerometer With Postbuckling Structures for Airbag Restraint Systems

Based on the postbuckling theory of large deflection beams, the nonlinear stiffness of a postbuckling beam is deduced and in agreement with the results of buckling experiments. Then, a novel post machined threshold accelerometer is designed, which consists of eight oblique post beams with an inertial mass in the middle to ensure its single moving direction and an electrical contact part fabricated on the bottom of the inertial mass. The threshold accelerometer is an integration of a threshold sensor and an inertial driven actuator used in airbag restraint systems. When the acceleration reaches the threshold, the beams buckle and close the threshold accelerometer, and when it gets down to be a certain value, the accelerometer opens quickly under the effect of the elastic force developed by the postbuckling beams. Compared with the design models of other threshold accelerometers with linear beam structures, the nonlinear postbuckling beams are introduced as threshold sensing elements. A number of design factors such as the air film damping and the contact force are taken into full consideration, thus establishing the dynamic equation of the accelerometer under coupled forces. The dynamical simulation for the strong nonlinear system with elliptic integrals indicates its good threshold characteristic and high contact reliability. The threshold accelerometer responds within 4 ms when it is triggered by a threshold acceleration ac = 20 g, and cuts off quickly when the cutoff acceleration is under ad = 5 g. Meanwhile, the unstable contact time is only 0.02 ms for the contact force to reach 50 mN, which guarantees the contact resistance to be less than 20 mOmega. With the results of the dynamic simulation, supported by previous buckling experiments, the accelerometer can provide accurate threshold sensing without false actuations under interferences outside, especially electromagnetic and vibration interferences, and hence their wide applications in safe-arming systems.     

新型双向加载MEMS微执行器动力学分析

传统横向单向加载MEMS静电微执行器存在位移过小或驱动电压过大等问题.本文提出一种纵横双向加载的新型硅基静电执行器模型.基于拉格朗日-麦克斯韦方程建立了微执行器动力方程,分析了边缘漏电场对静电力的影响,基于龙格-库塔算法将所有轴向载荷等效为轴向集中载荷,并分别仿真得到了变形与驱动电压、调节电压和轴向挤压量之间的关系,结果表明当驱动电压仅为16 V时,位移高达10.861μm,远大于目前传统横向加载单向变形微执行器的位移量.通过微型制造工艺加工了微执行器,利用高频信号采集了横向极板间的电压变化量,验证了仿真结果.     

摩擦系数变化式压电叠堆惯性直线驱动器

以压电叠堆和质量块组成的压电叠堆振子为动力元件,通过利用驱动器向左运动和向右运动时接触足与接触面摩擦系数的不同,设计并制作完成了一套摩擦系数变化式压电叠堆惯性直线驱动器．分析了该驱动器的工作原理并对驱动器的运动情况作了详细分析．搭建了专用测试系统,并采用该系统对摩擦系数变化式压电叠堆惯性直线驱动器进行了性能测试．试验结果表明：当频率为10Hz时,该试验装置最小稳定步长为0．19μm,最大移动速度为11．82μm／s,最大承载能力不低于900g．     

基于GNSS/INS联合仿真的组合导航终端测试方法研究

为解决GNSS/INS组合导航终端动态定位性能的实验室测试问题,本文在转台惯性仿真测试和卫星导航仿真测试技术的基础上,提出了GNSS/INS联合仿真两步法,即先通过惯性传感器实物测试获得其特征误差模型,再使用测试场景中载体初始条件和轨迹数据驱动该误差模型产生惯性传感器的模拟输出数据流,最后同步GNSS信号仿真的方法实现GNSS/INS联合仿真的过程。仿真测试结果与外场实测对比后,证明该方法获得的测试数据准确度满足预期指标、结果可靠,而且比其他传统测试方法的成本低、效率高。     

基于舵机动态特性测试的阵风减缓控制系统设计

利用所设计的舵机测试系统对飞翼布局阵风减缓试验模型所采用的伺服舵机(Hitec-7954SH)带载情况下的动态特性进行测试,并根据试验数据辨识出舵机的传递函数。设计舵机补偿控制系统补偿舵机的幅值衰减和相位滞后,并在此基础上设计阵风减缓控制系统。仿真计算表明:在von Karman连续阵风激励的情况下,所设计的控制系统能有效减缓模型的阵风响应。然而,舵机动态特性会对阵风减缓控制系统产生影响:幅值衰减会降低阵风减缓控制系统的减缓效果而相位滞后会使得所设计的阵风减缓控制系统在某些频率范围内加剧飞机的阵风响应。比较舵机补偿控制系统开/闭状态下模型的阵风响应,在断开舵机补偿控制系统的情况下,所设计的阵风减缓控制系统的减缓效果降低,甚至加剧某些响应,说明舵机补偿控制系统的必要性,并为之后的风洞试验和飞行试验提供参考。     

动态断裂过程的惯性效应

动态断裂过程存在着惯性效应，本文介绍了惯性效应的产生机制，数值模拟及其修正公式。     

基于Hertz接触力模型的惯性平台内框架组件失稳倒台动力学建模与仿真分析

针对惯性平台内框架失稳倒台故障,基于Hertz接触力模型建立内框架组件倒台时的动力学模型,全面分析了倒台时内框架与挡块的碰撞力变化过程。之后使用Ansys Workbench仿真软件,建立并分析平台内框架失稳倒台的动力学模型。计算出在倒台过程中挡块的应力分布云图。将两者相比较,证明了所建立的动力学模型以及各项分析的正确性,为后续的平台设计提供了重要的参考。