用于振动输送的一种压电环形振子

基于环形振子面内弯曲振动模态,提出将行波直线超声电机的长环型振子用于小块体物料的振动输送技术,研制出一种具有宽输送面的不对称压电输送振子,并对该振子进行了振动测试和实物输送实验研究。     

一种新型高频振动压电输送振子的研究

对用于高频振动物料输送装置的压电振子进行了研究,分析了压电输送振子结构参数对输送性能的影响。结果表明:随着轴向尺寸和输送面倾角的增加,振动频率呈递减变化;输送截面尺寸越大,振动频率越大,横向变形越大。为输送装置的设计奠定了基础。     

一种新型压电输送振子实验数值分析

针对现有物料输送装置体积大、噪声大等问题,研制了一种用于高频精密输送装置的新型压电振子,分析了压电振子输送机理,并对输送振子进行了实验测试,结果表明,输送面振幅分布比较均匀;驱动电压与振幅呈线性变化;当驱动电压为120 V,谐振频率为34.773 k Hz时,输送面振幅达到最大,输送性能最佳。     

超声振动减摩性能的实验研究及理论分析

以超声减摩的核心构件压电振子为研究对象，在测量压电振子参数的基础上通过改变压电振子的工作电压，测量压电振子振动时辐射端面与特定的工作表面间的摩擦系数的变化规律，通过有限元法计算压电振子的振动模态，分析超声振动的减摩机理，以便进行适当的结构设计，利用超声振动的减摩性能制造出超声波悬浮轴承。研究证明，超声振动具有良好的减摩性能，压电振子处于纵向振动模态时减摩效果最好。     

棒型直线超声电机最佳激励位置的确定

建立了棒型直线超声电机驱动振子纵向和弯曲振动的力学模型,分析了压电陶瓷位置对驱动振子特定振型振动的激励响应的影响,从而给出了确定激励纵向、弯曲振动的压电陶瓷的最佳安放位置的原则。     

三分频式压电骨传导助听装置的仿真与测试

设计了一种采用3个结构尺寸不同的压电振子进行电信号-音频信号转换的三分频式压电骨传导助听装置,该装置可以适应较宽的工作频率范围。对压电振子进行了模态仿真分析和谐响应仿真分析,得出了压电振子最佳振型和谐振频率,确定了各个压电振子的工作频率段。根据仿真结果设计制作了三分频压电骨传导助听装置试验样机,对样机的幅频特性和响度进行了试验测试。结果显示:助听装置中低频、中频和高频压电振子的最大振动幅值分别为86.08μm、34.24μm和1.545μm,且处于各自振动频率段内;低频、中频和高频压电振子在各自频段内响度最大,各频段的最大响度值依次为69.1dB、98.3dB和117.1dB。由于3个压电振子同时工作时,各频段声音都能得到较好的响应,因此拓宽了声音的响应频域。     

悬臂式压电双晶片振子夹持长度变化对其动态特性的影响

以惯性压电驱动器的关键部件——悬臂式压电双晶片振子为研究对象,探讨了悬臂式压电双晶片振子的夹持长度变化对其动态特性的影响规律。首先,建立了悬臂式压电双晶片振子静态参数方程和动力学模型。然后,应用matlab软件仿真分析了夹持长度变化对悬臂式压电双晶片振子的端部位移幅值和惯性加速度幅值的影响。最后,分别测试了悬臂式压电双晶片振子在不同夹持长度下的端部位移幅值以及惯性加速度幅值。结果显示:驱动电压为10V,频率为11Hz,悬臂式压电双晶片振子的夹持长度在9~20mm内变化时,其端部位移幅值最大为66.2μm,产生的惯性加速度幅值最大为10.2ms-2。仿真和试验结果表明:激励电场相同时,随着悬臂式压电双晶片振子的夹持长度增大,其端部位移幅值会变小,而其产生的惯性加速度会变大。     

块体物料的超声振动输送及同步驱动

针对小块体物料的短距离精密输送问题,提出超声振动输送新方法,设计制作了基于弯曲行波的环形压电输送振子。依据模块化设计思想,将输送装置设计成3个单一输送振子的并列组合,采取多个振子的同步驱动。对所设计振子的模态及同步驱动特性进行了理论分析与实际测试,试验结果验证了超声振动输送装置同步驱动的可行性。     

环形压电双晶片驱动式振动送料器

为了满足现代工业领域中对轻、薄、小产品平稳输送的要求,提出了一种采用环形压电双晶片作为驱动源的新型振动送料器。设计了振动送料器结构,分析了振动送料器的工作原理,测试了压电双晶片振子的性能,利用有限元软件ANSYS确定了压电双晶片振子的工作模态,研制了送料器样机并进行试验测试。试验结果表明：当振动频率为86.5～91.5Hz时,送料器具备输送物料的能力;当系统共振时,输送速度最快,随着电压的增加,送料速度呈线性关系增加;与同型号的电磁振动送料器相比,研制的环形压电双晶片驱动式振动送料器消耗电流仅为其16%,工作噪声下降22dB,输送稳定性好。     

多场耦合多方向振动俘能器建模及响应分析

针对多方向振动俘能器对低频、低幅值激励的响应输出性能低等问题,在振动俘能结构中引入非线性磁吸力,提高俘能器的响应频带和能量转换效率。研究了非线性磁振子模型,建立了基于广义Hamilton变分原理的横、纵向振动系统机电耦合模型,对系统动力学方程进行无量纲化并数值求解。搭建了振动俘能器性能测试平台,开展了多场耦合振动俘能器频谱特性及响应输出的分析实验。结果表明,引入磁铁可显著提高系统能量转换效率,当磁铁间距15mm、激励幅值0.5m/s~2时,相比无磁力输入的情况,系统响应电压提高了6倍左右,谐振频率从18Hz降至9.5Hz左右,解决了压电俘能器频带窄、响应频率高及输出电压低等问题。     

压电悬臂梁水平布置式直线送料器设计与实验

设计了一种压电悬臂梁水平布置式直线送料器,相比于传统的压电直线送料器,纵向高度可满足特殊空间要求,同时根据输送距离长短,灵活设定安装位置及所需压电振子的数量;首先对系统结构进行了设计以及工作原理的说明,然后对系统进行了动力学分析,得出系统振动振幅与位移放大倍数的表达式;最后制作了样机对其进行了实验测试,测试结果表明,系统有效工作频率在(115～125)Hz之间,工作在共振频率120Hz条件下性能最好,输送速度可达到144mm/s。在狭小空间内物料输送领域具有广阔应用前景。     

一种新型高频低幅振动给料装置的研究

基于压电驱动的原理,本文对高频低幅的振动给料技术进行了探索,研制出一种具有长环形输送振子的行波型超声物料输送装置的模型样机。对超声物料输送装置的模型样机进行了输送能力的实验研究,测试结果表明超声物料输送装置的输送速率可达120 mm/s,并可在一定范围内通过变频或变压调整。该输送装置具有结构简单、控制精度高和无噪声等优点,能实现微小块体物料的短距离输送或给料。     

能量采集型压电超声驱动器的设计与实验研究

基于压电陶瓷正、逆压电效应设计了一种具有能量采集功能的旋转式环形压电超声驱动器;利用ANSYS软件建立了驱动器压电振子有限元参数化模型(FEM),通过参数灵敏度分析方法对压电振子结构进行了优化设计;研制了直径60 mm的环形压电超声驱动器原理样机,搭建了样机实验平台,实验验证了所设计方法的正确性。研究结果表明,在频率36 kHz、幅值152 V的电压激励下,驱动器的最大空载转速、堵转力矩和机械输出功率分别达到112 r/min、0.78 N·m和3.1 W;在空载时,驱动器每个扇区的振动能量采集输出功率最大达到108 mW;在负载力矩0.35 N·m和负载电阻为11 kΩ时,驱动器每个扇区的振动能量采集输出功率达到93 mW,总的采集输出功率为1.674 W,驱动器压电振子的振动能量有效利用率达到47.74%。     

压电振子及流体对泵近场噪声的影响

研究了压电振子的弯曲振动形变及振动辐射噪声.首先建立压电泵压电振子振动方程,导出弯曲振动形变函数;提出用微平面活塞振动理论简化压电振子振动模型,推导了近场声压理论计算方程及泵内流体对泵噪声贡献量方程;最后把理论计算结果与试验结果进行比较分析,分别得出在不同频率下压电振子及泵内流体对泵噪声贡献的大小.在输入频率为50 Hz时,泵噪声的理论值为45 dB,实际值为37 dB,泵内流体对泵噪声的影响较大,实际值与理论值的相对误差为21.6%;在输入频率为120 Hz时,泵噪声的理论值为61 dB,实际值为62 dB,泵内流体对泵噪声的影响较小,实际值与理论值的相对误差为1.6%,证明了本研究所提出理论的正确性.     

表面对称电极含金属芯PVDF纤维冲击振动传感特性研究

模仿昆虫感觉毛的结构和功能,设计制备了表面对称电极含金属芯PVDF纤维(SMPF)冲击振动传感器。在含金属芯PVDF纤维胚体纵向表面对称涂镀2片导电胶层,极化后,制成SMPF传感器。基于第一类压电方程和振动理论,建立SMPF的冲击振动传感理论模型,分析传感信号与冲击振动角度和幅值的关系。把SMPF固定在基体上,搭建了实验系统,测试了SMPF对冲击振动的响应,验证了理论模型。结果表明,SMPF的传感信号和冲击振动的幅值成线性关系,和方向成"8"字形关系。得出了SMPF传感器能够测量冲击振动幅值或方向的结论。     

圆形压电振子的理论分析与应用研究

为了研究圆形压电振子的振动与输出性能,对圆形压电振子进行了理论分析与应用研究.首先对圆形压电振子的组成及工作机理进行了阐述;然后对圆形压电振子进行了弹性振动分析,推导出压电振子弹性振动挠度表达式,得到影响压电振子弹性位移的影响因素;最后将圆形压电振子作为气体隔膜泵的驱动力源进行实验测试.结果表明,圆形压电振子用在气体隔膜泵上能实现较好的驱动,系统输出流量高、驱动压力大.验证了用这种圆形压电振子实现微小型系统驱动是可行、有效的.     

一种兆赫频超声抛光振子的设计与研究

在声波透射与折射基本理论的基础上,设计制作了匹配层压电换能器结构的兆声抛光振子,提高了兆赫频超声抛光工具的声能量辐射效率。此外,通过对兆声压电振子的振动模式进行控制,消除了高频圆片型压电振子本身存在的强烈的耦合振动效应。在制作完成兆声抛光振子的基础上,对抛光振子工作端的振动振幅进行了测试,在横向尺度上满足了兆声抛光工具头振动振幅均匀化的要求。实现了一种用于硅片化学机械抛光的兆声抛光振子。为大尺寸硅片的化学机械抛光工艺提供了可借鉴的附加技术手段。     

基于摩擦自激振动升频效应的超低频振动能量收集

低频振动在环境中广泛存在,针对目前低频振动能量收集效率低的问题,提出将外界低频振动转化成摩擦系统的自激振动,实现低频振动到高频振动的升频转换,以达到提高低频能量收集效率的目的 .为此,首先建立了集总参数模型,从理论上阐明低频振动能量收集方法的可行性,并分析模拟了该模型压电电压与功率的输出特性;其次分别设计了往复摩擦自激振动能量收集试验和压电悬臂梁碰撞能量收集试验,对比分析将低频振动转化为摩擦振动能否提高压电输出功率.试验与仿真结果表明,利用摩擦自激振动能够显著提升振动频率.摩擦自激振动电压幅值随着激励频率的增大而增大,与碰撞电压相比,其电压幅值较低,但是频率得到了大幅提升.由于频率的提升,压电振子的能量输出大幅提升,使得超低频振动能量收集性能明显提高.     

悬臂压电叠层复合梁的弯曲振动固有频率

压电叠层复合梁是一种三叠片对称结构。这里以压电陶瓷-金属-压电陶瓷复合结构为研究对象,给出了悬臂式对称压电复合结构的压电振子弯曲振动共振频率表达式,并建立了相应的有限元模型;计算分析了压电陶瓷-金属复合梁弯曲振动的固有频率值与几何尺寸之间的关系,并与相应的有限元模态分析结果进行了比较。结果表明,两种分析方法得到的压电振子的固有频率值基本符合,计算公式和模型是精确有效的;压电叠层复合梁愈细长则表达式的计算结果愈准确。     

复合型悬臂梁压电振子振动模型及发电试验研究

单悬臂梁压电振子俘获环境中振动能时,对环境振动频率敏感且频带有限,在谐振频率与环境振动频率不匹配的情况下,会导致压电振子俘能效率低下。基于此,设计复合型悬臂梁压电振子并建立其振动模型,采用激光测振仪对复合型悬臂梁压电振子进行扫频测试。研究结果表明,复合型悬臂梁压电振子谐振频率范围为56～72Hz,与理论分析结果基本吻合,试验验证了理论模型的正确性。相比于单悬臂梁压电振子,复合型悬臂梁压电振子有效地拓宽了其谐振频带,易于实现与环境振动源振动频率匹配以提高压电发电效率。在此基础上,进行复合型悬臂梁压电发电装置的发电能力测试,在负载为820?,工作频率为60Hz时最大输出功率达到4.9mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能微电子产品的供能需求。