磁悬浮高精度多阈值振动报警装置设计

为提高振动测量的灵敏度并降低振动测试系统的固有振动频率,利用磁悬浮技术将绝对式振动测量中的振子设计成悬浮状态.分析了光电位移传感器输出特性,得到振子遮挡接受光线的面积与振子位移的关系式,测得光电位移传感器的灵敏度,并将圆柱形振子和圆顶形振子接收的红外光面积与振子位移关系进行了比较,对得到的函数关系用最小二乘法进行线性拟合,得出圆柱形振子的线性关系误差较小,其线性拟合较好.采用分立电子元件设计了振动报警装置,可设定振动报警阈值电压,通过比较器实现不同级别要求的振动报警触发,设计放大电路使系统的灵敏度可调.为操作方便设计了单片机振动报警电路,可实现三级振动报警,通过按键改变每个振动报警档位的阈值电压,采用电可擦除只读存储器设计对设定的报警阈值电压进行保存,方便了操作.实测振动表明:设计的磁悬浮振动报警装置的灵敏度可达到0.01 mm,具有多档位的振动报警功能,使用方便.     

支承磁悬浮轴承的径向磁流变阻尼器设计

转子振动时其频响函数是其刚度和阻尼的函数,调节合适的刚度和阻尼,可以抑制转子振动.针对磁悬浮轴承对转子振动抑制能力差的缺点,设计了一种径向磁流变阻尼器.用这种阻尼器支承的磁悬浮轴承转子系统,通过控制磁流变阻尼器线圈中的电流来改变整个转子系统的支承刚度和阻尼,抑制转子高速时的振动.采用ANSYS对整个支承系统的电磁场进行仿真,验证及改进所设计的磁流变阻尼器.     

列车—轨道—地道桥时变系统振动分析

建立了列车—轨道—地道桥振动分析模型，其中车辆(包括机车)表示成19个自由度的多刚体系统模型，直线轨道离散成30个自由度的空间轨道单元，地道桥划分为46个自由度的空间框架单元；运用弹性系统动力学总势能不变值原理和“对号入座”法则形成空间耦合时变系统的振动方程；根据振动能量随机分析理论，以人工构架蛇行波和轨道竖向不平顺为激振源，对该系统的各种响应进行分析．计算结果与实测结果比较接近，表明所建立的车轨桥模型和采用分析方法用于地道桥车振分析切实可行．     

基于LabVIEW的轨道振动测试系统设计

列车在线路上运行时,轮轨间的冲击作用将引起轨道振动,既影响列车的正常运行,也对周边的居民和建筑物造成了二次振动和噪声污染.针对轨道振动,开发了轨道振动测试系统.该系统由上位机系统和下位机系统组成,用美国国家仪器有限公司(National Instrument,NI)以太网机箱和NI 9234采集板块等构建下位机硬件数据采集系统,通过Lab VIEW软件编写上位机软件以实现数据传输、处理分析等过程.利用该系统可对轨道振动情况进行测试,并对振动信息进行有效分析,该系统对轨道振动的研究具有实际工程意义.     

磁流变阻尼器与磁悬浮系统并联隔振研究

针对磁悬浮隔振装置参振质量大,系统的等效刚度、等效阻尼受控制参数稳定区域的限制,在振动幅值较大时的抑振效果不理想的问题,设计了一种小位移大阻尼力的挤压式磁流变阻尼器,为磁悬浮隔振系统附加阻尼,可以显著减小系统振动.介绍了该磁流变阻尼器的设计方法,实验特性,并将该磁流变阻尼器与磁悬浮装置并联起来,实验证明,这种方法可以显著减小振动,提高系统隔振性能.     

基于虚拟仪器的轨道振动状态测试系统

针对轨道振动,设计了一套基于虚拟仪器的轨道振动状态测试系统,该系统由cDAQ以太网机箱以及振动加速度数据采集卡组成,并在LabVIEW平台上开发了上位机软件系统.上位机软件系统由登录模块、数据采集模块以及数据分析模块组成,能够实现轨道振动数据的实时采集与准确评价,为从事轨道振动测试方面的科学研究提供支持.     

液晶弹性体弹簧振子的周期性光驱振动行为及机理

最近实验发现光响应液晶弹性体（LCE）超细纤维在周期性光照下的振动现象，在微执行器等领域具有应用潜力。本文理论研究了周期性光驱动下 LCE 弹簧振子的振动行为。基于 LCE 动力学模型，建立了 LCE弹簧振子的动力学控制方程，数值计算得到弹簧振子振动的时程曲线。结果表明：周期性光照会引起 LCE 弹簧振子周期性振动。随着光照时间率的增加，振动平衡位置向下线性移动。在小阻尼系统中，存在一组最佳光照周期和光照时间率使系统振幅达到最大值。对于最佳周期光照模式，弹簧振子振动的振幅可由光强和阻尼控制。该研究结果对设计光驱动软机器人和光机械能转化系统等具有指导意义。     

二自由度两弹簧系统振动实验设计与分析

设计了二自由度两弹簧振子系统,并进行了系统理论模态分析与ANSYS仿真,通过激振实验对系统进行了频率响应特性和模态分析,研究了系统振动动态特性测试。研究结果表明,实验观测数据、ANSYS仿真结果与理论分析值较为一致。通过对弹簧振子的动态性能测试和分析,为深入研究机械振动特性提供了参考。     

基于磁悬浮结构的人体动能采集技术

设计基于磁悬浮结构的电磁能量采集装置,该装置可佩戴于使用者的腕部、肘部和脚踝处,收集人体运动过程中产生的动能. 概述现有的可用于振动能量采集的多种能量采集技术,利用惯性传感器对实验者运动时的关节加速度及角速度进行测量,对磁悬浮结构的非线性能量采集工作原理进行理论分析. 运用有限元工具对振动时结构周边的磁场分布和磁力线变化进行仿真研究,并通过振动实验平台验证装置的共振频率和电压输出范围. 当使用者佩戴该装置进行测试时,装置输出的电压及功率随运动速度的增加而增加,在8 km/h的运动条件下,腕部、肘部和踝部所能俘获的最大瞬时功率分别为0.60、0.30、0.58 mW. 实验结果表明,基于磁悬浮互斥结构的电磁能量采集装置能有效采集人体动能,并为可穿戴传感器等低功耗设备供能.     

平板形单振子多自由度压电马达

对提出的一种平板形单振子多自由度压电马达进行了理论设计和试验研究。利用梁函数组合法,计算了压电马达的工作模态频率,得出了布置于马达压电振子表面的各凸起之间间距的设计依据;提出凸起的尺寸应使其一阶弯曲振动频率与整个压电振子工作频率一致,给出了各凸起尺寸的选取原则。根据设计理论,制作了马达样机,对样机的运动能力进行了试验测试。结果表明:马达工作模态频率的理论计算结果接近于实测值;当驱动电压为90V、频率为45kHz时,马达绕矩形板压电振子长度方向轴向的转速为45.6r/min。     

压电微喷驱动振子振动的理论分析

压电驱动振子是由压电材料层和单晶硅层复合而成.以压电微喷驱动振子为研究对象,根据压电本构方程和弹性薄板弯曲理论,应用能量法对其进行了理论分析,建立了周边固支条件下压电驱动振子振动的理论模型,推导求解了驱动振子一阶固有频率及位移函数,MATLAB编程计算结果与ANSYS软件仿真结果误差为6.6%,表明了二者的一致性.分析了激励电压及压电驱动振子结构参数对轴向振动位移的影响,研究结果可为压电微喷液滴发生器的设计及控制提供理论依据.     

磁悬浮旋转机械振动稳定性实例研究

为了准确评价磁悬浮旋转机械振动的稳定性,有效控制磁悬浮转子振动、提高系统稳定性,提出应用ISO14839标准对磁悬浮旋转机械的振动稳定性进行评价和分析.对ISO14839标准中的振动位移和稳定裕度内容进行介绍,以一磁悬浮轴承转子实验台为例,应用ISO14839标准评价实验台振动位移和稳定裕度等级,分析系统的振动问题和不稳定因素,提出相应的解决方案.实例结果分析得到,实验台振动位移水平为A等级,稳定裕度水平为B等级,验证了ISO14839标准的合理性.     

两自由度磁悬浮控制系统的稳定性与Hopf分岔分析

建立了基于刚性轨道的两自由度磁悬浮控制系统的非线性动力学模型,利用Hopf分岔的Hurwitz判据,推导了PD控制下平衡点稳定以及失稳产生周期振动时控制参数应满足的条件.通过数值模拟得到的磁悬浮系统产生自激振动的临界条件很好地验证了理论分析的结果.通过比较还发现间隙反馈与速度反馈相比具有更强的控制效果,这一结论为反馈控制模式的选取提供了有效的理论依据.     

磁悬浮轴承磁场分布的测量

该文介绍了磁悬浮轴承磁场分布测量的硬件结构和软件设计方案。该系统将单片机为核心的小系统,结合霍尔传感器作为前端的数据采集系统,将采集到的数据利用串口传送到PC主系统。在LabVIEW环境下对数据进行分析、处理、显示并保存。经测试,系统能方便灵活地测量磁悬浮轴承磁场,并通过三维图形显示该磁场分布。     

高速旋转圆盘刀具薄刀片横向振动的有限元分析

针对高速旋转圆盘刀具薄刀片实际工作时存在的横向振动问题,应用有限元方法及实验测量进行了研究。利用单元正方化扇形网格划分方法,对薄刀片划分单元,并应用拉格朗日方程建立了高速旋转圆盘薄片刀具薄刀片的动力学方程。通过对该动力学方程的分析,确定了薄片圆盘刀具系统的静态和动态特性。利用专门设计、制造的试验装置,对圆盘薄片刀具系统的静态和动态特性进行了测量,并将测量数据与理论分析进行了对比。结果表明:建立的薄片圆盘刀具系统的动力学方程是正确的。     

低功耗自供电机械设备状态监测系统设计

为解决机械设备安全运行监测设备的续航能力差、需要频繁更换电池的问题,设计了一种低功耗自供电机械设备状态监测系统.该系统由磁悬浮电磁能量采集器、能量管理电路、低功耗无线传感电路以及监测上位机组成,通过收集机械设备运行状态下溢散的振动能量为监测节点供电,同时将机械设备运行状态下的温度和振动信息通过蓝牙传输方式发送到接收器,并在监测上位机显示和存储.设计了低功耗传感监测电路并优化了供电逻辑.对监测系统性能进行了实验测试,结果表明该系统可以实现机械设备的无线自供电监测.     

小型超声振动料斗的研究

提出内部含有梯形齿的锥筒形给料压电振子的结构形式,确定振子的工作模态为面内三阶弯曲模态。利用ANSYS有限元软件优选了结构参数,研制了出料端内径为16 mm、实际工作频率为22 261 Hz的小型超声振动料斗样机。采用激光测振仪并依据平面镜反射原理,对振子的共振频率及内齿振幅分布进行了测试,并对振动料斗装置整机进行了物料运行效果的测试。实验表明料斗对直径为3 mm到4 mm的球形物体有较好的下料可控性。     

弹簧振子非线性振动分析及应用

利用积分法分析了弹簧振子非线性振动的周期、频率、振幅等力学特征值,在稳态的情况下计算了对称非线性振动的杜芳方程的频率特性,并通过逐步积分法分析了框架结构在冲击载荷作用下的弹塑性振动。数值算例说明了弹簧振子模型对求解非线性振动的实效性。     

基于LC并联谐振的轴向自感式位移传感器设计

为了满足磁悬浮轴承面向更高精度的发展需求,提出基于LC并联谐振的轴向自感式位移传感器.通过增大谐振回路的等效电感变化率,提高传感器的灵敏度.分析传感器的工作原理.通过有限元仿真,研究传感器设计参数与灵敏度之间的关系.设计传感器的测量电路,结合有限元仿真和数值仿真,分析LC并联谐振对传感器灵敏度的影响.搭建实验台,对传感器的静态性能进行测试.结果表明,相对于传统的位移传感器,提出的传感器具有更高的灵敏度与更低的线性度.     

供水管道球形检测器超声波定位技术

针对自主研发的球形检测器在供水管道中的定位需求,设计了一种圆弧形复合超声波振子,基于压电方程,对其振动特性进行理论和仿真分析,得出主要振型和最优工作频率。研究超声波发射电路与复合超声波振子之间阻抗匹配设计,实现最优的超声波能量转换驱动效率。基于小波变换包络检测方法的超声波信号检测技术,计算得出超声波信号传输的精确时间,实现了球形检测器定位系统。经测试,100 m管道长度静态测距定位精度误差约为2%,动态定位距离达到170 m,与惯导数据计算距离之间误差不超过6%,符合球形检测器在供水管道中的实时定位需求。