压电驱动六自由度指向平台的力电耦合分析

在高精度微调机构的研究中,面临的是一个包括多个部件、刚性与柔性并存、综合的力学-电学问题,对于机构的高精度微调指向性能以及后续的控制研究中,需要建立并得到整个系统的输入与输出的关系,即压电驱动器的输入电压和微调机构的指向关系。采用压电六自由度并联机构作为平台,基于压电材料的力电耦合理论,在考虑力电耦合效应、位移放大机构的弹性变形的影响下,提出并建立了平台的全系统解析和数值预测方法,其中分别包括了整个平台系统的部件级和系统级的分析理论及数值模拟方法。计算结果表明,所提出的解析和数值方法能够对此类六自由度平台的运动进行预测,通过压电驱动器的输入电压得到最终的平台输出姿态,这对高精度微调机构的设计提供了新的研究手段和重要指导依据。     

三维微细电火花加工伺服控制系统设计及实验研究

针对微细电火花加工伺服控制系统的要求,进行了微细电火花加工伺服控制系统总体设计.伺服控制系统特点是执行机构采用步进电机+压电陶瓷的宏微细合式驱动机构,实现了大行程和小步距的有机结合,能够提高电火花加工机床的加工性能.同时Z轴增加一个振动源,实现自动排屑和微调加工间隙.通过实验验证,证明系统运行良好,运动平台能够达到较高的精度,并实现了简单的极微细电火花加工.     

基于压电陶瓷的摩擦式微进给机构的设计

采用摩擦驱动工作原理设计了大行程、高分辨率的步进式进给机构,该机构是压电陶瓷驱动的、滚珠丝杠传动并结合空气静压导轨实现微量进给;采用柔性4杆机构设计了压电陶瓷驱动的可调式预压装置;用有限元方法分析了柔性铰链的静态特性;对微进给机构的传动特性进行了详尽分析。     

基于压电陶瓷驱动器的微动平台控制技术

压电陶瓷驱动器是近年发展起来的一种新型微位移控制器件,利用压电陶瓷的逆压电效应使之产生相应的应力和应变,可以驱动二维柔性铰链微动机构实现微位移,达到二维定位的目的.通过分析压电陶瓷的基本理论及其非线性特性和补偿措施,阐明压电陶瓷驱动器直接驱动徽动平台的控制技术.     

基于压电陶瓷的微进给平台的实验研究

超精密加工技术是机械制造业中最重要的部分,基于压电陶瓷的微位移机构是近年来发展起来的一种新型微位移机构,设计了基于压电陶瓷为驱动的,以弹性铰链为支撑的微进给平台.并进行了大量的试验,从中得出适于应用的线性电压一位移曲线.采用不同的升降压步长对平台进行驱动,改善了电压一位移的迟滞度.     

超声电机微纳驱动参数调节机构设计

为解决超声电机驱动轨迹及微行程纳米定位的可控问题,设计了一种基于双压电陶瓷驱动的调节机构,将双压电陶瓷驱动与超声电机驱动轨迹及微行程纳米定位控制关联起来,并利用ANSYSWorkbench有限元分析软件对调节机构进行了分析。通过对双压电陶瓷施加0～54V调节电压的实验,证实了调节机构能够使超声电机驱动头在x和y两个方向上获得所需的微纳米调节功能,调节范围为,x方向±1.2～±2.36μm,y方向±4.0μm,调节分辨率1～2nm,满足超声电机对驱动轨迹及微行程纳米定位的参数控制要求。     

精密磨床辅助工件平台的设计

为补偿精密磨床砂轮的振动对加工精度的影响，设计了一台作为磨床辅助进给装置的微进给工件平台。该工作平台采用压电陶瓷作为驱动机构，弹性铰链作为预紧机构。为了避免压电陶瓷驱动器受到弯矩的作用，在压电陶瓷驱动器的顶部和动平台之间加了一个球形接头。利用弹性铰链的预紧力，实现驱动器和动平台之间的赫兹接触。高精度的电容式位移传感器用来测量动平台的实际输出并形成反馈控制系统。为了消除压电陶瓷的迟、蠕变等非线性，采用了非线性PID控制算法来实现微进给平台的实时控制。采用跟踪微分器对信号进行跟踪并得到其微分信号，提高了控制系统的鲁棒性。通过计算机仿真了所设计的微进给平台的特性和闭环控制算法的有效性。     

集成式6自由度微动并联机器人系统

基于机构、驱动、检测一体化的思想,研制出了压电陶瓷驱动的6自由度集成式并联微动机器人,对该机器人的机构、驱动、检测、控制及误差补偿方法进行了研究.采用6自由度(6-SPS)并联结构设计了微动并联机器人的构型,对结构参数进行了优化,并进行了运动空间分析和刚度分析.基于模块化设计思想将压电陶瓷驱动电源、微位移传感器检测电路、中央控制器组合在一起,通过自定义的内部总线相连构成了并联机器人的驱动和控制系统.最后,给出了该机器人位姿测量方法,并分别在压电陶瓷的开环与闭环控制状态下进行位姿测量,进而实现误差补偿.实验结果表明:该并联微动机器人可实现10 nm平动重复定位精度;0.0001°转动重复定位精度;具有定位精度和可靠性高,使用灵活方便的特点,满足多自由度精密定位的要求.     

特型镜片的超精密切削技术研究

为了解决仿形加工中存在的干涉问题，满足小型特殊镜片加工的需要，本文提出一种由压电陶瓷（PZT）驱动的倾角微调主轴卡盘和闭环控制微进给机构组成的切削系统。通过实验表明，该系统能满足镜片切削加工的要求。     

宏微复合平台的微运动动态模型研究

宏微复合平台常应用于大行程运动和高精度定位的场合。基于对宏微复合驱动技术的的分析及研究,提出了一种音圈电机与压电陶瓷复合驱动的宏微复合运动平台结构,其中微运动平台采用压电陶瓷驱动和弹簧预紧,具有结构简单、分辨率高、刚度高和响应速度快等优点。针对微运动平台的主动控制问题,考虑压电陶瓷驱动器驱动电路以及滑块与摩擦复合作用的影响,建立微运动平台动态模型。通过微运动平台动态特性的实验研究,分析滑块与摩擦复合作用对微运动平台平稳性的影响。结果表明,该模型可快速缩短平台到达稳定的时间,满足平台精密定位要求。     

某重型卡车驾驶室顶部强度仿真分析

基于有限元前处理软件Hypermesh、LS-DYNA,对某重型卡车驾驶室进行有限元建模、求解、分析。按照EC-ER29-02验证该驾驶室顶部受压时是否满足法规规定的强度要求。仿真结果表明,驾驶室顶部受压后的变形情况完全符合法规规定要求,根据仿真实验结果对应力集中及承受载荷能力较弱构件提出了改进意见,使驾驶员在翻车事故中有足够的生存空间。     

全自动金丝球焊机的CAD/CAE设计研究

全自动金丝球焊机是微电子封装设备中的核心设备,它是集精密机械、自动控制、图像识别、计算机应用、光学、超声波焊接等多领域技术于一体的现代高技术微电子生产设备.工作原理是通过X-Y工作台和焊头的三维运动控制,定位并拉出设定的金丝线型,采用超声波热压球焊方法焊接芯片管脚.技术路线是应用光机电一体化技术和采用CAD/CAE技术手段进行研制与开发.超声球焊和高速高精度运动定位技术是关键技术.为使球焊机达到高速高精度焊接的要求,应用CAD/CAE技术对球焊机关键部件X-Y工作台及焊头进行CAD建模的概念设计、有限元力学分析和结构优化设计.     

水电站门式起重机门架的有限元设计

介绍水电站门式起重机门架的参数化有限元设计程序，它可以完成新门架设计和对已有门架的校核；使用者可根据有限元分析的结果，对门架梁断面结构参数进行修改、再分析，直到得到较理想的门架。该程序具有很强的工程实用性，它采用空间梁单元对门架建模，用自编ＦＯＲＴＲＡＮ７７程序完成有限元前处理，用ＳｕｐｅｒＳＡＰ完成门架的有限元分析。     

货车驾驶室锁止机构总成悬置软垫的设计与分析

针对某轻型货车驾驶室锁止机构总成悬置软垫的结构设计等问题,将有限元分析技术应用到橡胶悬置软垫的结构设计中。开展了理论设计和实验测量的分析,建立了有限元分析与实验检测结果的关系,提出了利用静平衡法测量驾驶室质心参数的方法。在测量驾驶室质心参数,基于有限元法和实验测量,对轻型货车的驾驶室锁止机构结构悬置软垫的设计方法进行评价,在实验室进行了静刚度性能检测,对比评价了有限元分析结果与实验测量的差异。研究结果表明:利用有限元分析法理论计算的悬置软垫的静刚度与实验检测结果差异小于10%,在理论可接受的范围内,说明有限元分析法可用作驾驶室锁止机构的悬置软垫的设计工具。     

分体式天线座夹具PSD谱分析和实验研究

针对一种分体式天线座振动夹具的动态特性进行分析研究.利用ANSYS分析软件,对夹具进行有限元模态分析优化及PSD谱分析,并完成了随机振动试验.将有限元分析结果和随机振动实验结果进行了比对分析,验证了有限元分析结果的正确性.最后,根据实验结果对有限元计算参数的选取和边界条件的定义作了进一步的修正,完善了分析模型.     

基于ANSYS卷筒单层卷绕与多层卷绕的优化设计

焊接卷筒是大型起重机中应用最为广泛的一种结构形式。它是直接影响起重机卷绕装置如起升机构、变幅机构、牵引机构等工作特性及其制造成本的关键零部件,其设计和制造一直倍受起重机行业的技术人员关注在分析传统卷筒壁厚设计的基础上,对起重机卷筒进行了有限元分析。以起重机实际应用的卷筒为例进行计算,基于ANSYS分别对单层和多层卷绕的卷筒进行了有限元优化设计,发现常规的理论设计比较保守,在安全的基础上,对卷筒壁厚,直径,长度,挡边,卷筒毂位置等各方面的结构参数进行了优化,有效地减轻了卷筒的重量。在结构方面特别对于大吨位起重机多层卷绕比单层卷绕更能实现卷筒的轻量化。     

基于ANSYS的高速冲床整机热分析

基于高速精密数控冲床热特性设计要求,使用Solidworks软件对整机模型建模,对某型高速精密数控冲床进行了热源分析与计算以及边界条件分析,利用ANSYS有限元软件分别分析了曲轴系统、导轨系统对整机温度场的影响,分别研究了两种情况下对整机的变形量;进一步分析了热变形对加工精度的影响,得出导轨系统对热变形的影响较大;最后综合各种因素对整机热变形进行分析,建立了整个冲床的温度场和应力场,为冲床的结构优化设计和热平衡设计提供理论依据。     

O形圈轴对称超弹性接触问题的有限元分析

本文采用罚单元接触算法,建立了O形橡胶密封圈的轴对称超弹性接触问题的非线性有限元分析模型,结合国际上通用的有限元分析系统ANSYS程序,对多种型号的O形圈进行了有限元分析,为橡胶密封件的设计计算提供了一条新途径。     

Motion and stress analysis of direct-driven compliant mechanisms with general-purpose finite element software

Compliant mechanisms with embedded direct-driven actuators are gaining a wide interest in manufacturing systems as well as structural systems. In this paper, we present a procedure for motion analysis of a compliant mechanism which is driven by three embedded piezoelectric actuators with a general-purpose finite element system, in particular, ANSYS. This includes finite element modeling of the piezoelectric actuator and finite element modeling of the compliant mechanism. An experimental validation was conducted, which shows that the model is highly accurate. The contribution of this paper is a novel application of finite element methods with multidisciplinary elements to motion and stress analysis of compliant mechanisms with embedded piezoelectric actuators. In the current literature, for a complaint mechanism, either the piezoelectric actuator is modeled with absence of piezoelectric effects or a pseudo rigid body approach is applied with poor accuracy. Another contribution lies in the use of a general-purpose finite element software system, which will greatly increase the generalization of finite element modeling applications.     

柴油机缸盖结构有限元模态分析和模态测试

利用有限元分析软件ANSYS对造型十分复杂的某发动机缸盖结构建立了有限元模型,而后进行了自由模态分析计算,得到了该缸盖结构的低阶振动模态频率与模态振型.为验证模态分析模型的正确性,对该缸盖结构进行了模态试验测试,用锤击法对缸盖结构进行振动激励,利用测试软件获取缸盖结构的低阶振动模态频率与振型.通过有限元模态分析与模态测试结果的对比,验证了有限元模态分析模型与结果合理性,为该类型发动机缸盖结构设计与优化提供了参考依据.