超声变幅杆的动态性能分析

根据变截面杆纵向振动的波动方程,推导悬链形超声变幅杆的频率方程,应用有限元法对变幅杆进行模态分析,得到共振频率、横向振动频率、位移节点、放大系数等重要参数。与理论计算值比较表明,有限元法可获得很高精度。     

纵波回形变幅杆的研究

由于在回形变幅杆中,纵向振动通过中间圆盘耦合,传统纵振变幅杆的设计方法已经不能完全适用,根据回形变幅杆的结构特点和振动传播特性,分析了纵波在变幅杆圆盘中发生的模态形式变化。在圆盘部位振动以切向振动模态为主,类似于柱面波径向传插,耦合后又转换为纵波形式输出。基于波动方程建立了回形变幅杆的频率方程,并讨论了利用频率方程结合有限元进行变幅杆结构尺寸的设计方法。试验结果表明,回形变幅杆的频率和变幅比与理论计算结果基本一致,且机械阻抗较小。     

圆锥形超声变幅杆的动力学理论分析

用微元法建立圆锥形超声变幅杆纵向振动的波动方程,用分离变量法和连续振动体的边界条件求解超越波动方程,得到圆锥形超声变幅杆放大系数与变幅杆的大小端直径之比、长度以及外激频率3个变量之间的数学表达式。为研究变幅杆的放大系数与变幅杆的大小端直径之比、长度以及外激频率的关系,依次把3个变量中的两个变量设为常量,对另外一个变量进行抽样,计算变幅杆的放大系数。通过Matlab对超声变幅杆放大系数的样本计算数据进行曲线拟合,定性分析了圆锥形超声变幅杆放大系数随变幅杆大小端直径之比、长度、外激振动频率变化的关系。     

圆锥过渡段阶梯形复合变幅杆的模态分析及优化设计

基于传统变幅杆的设计理论,对圆锥过渡段阶梯形变幅杆进行理论研究;利用有限元软件ANSYS建立复合变幅杆的有限元模型,并对其振动特性进行分析,计算得到复合变幅杆的振动频率、节点长度和放大系数等性能参数,与理论计算值比较表明,有限元法可获得很高的计算精度.利用ANSYS的优化设计功能,得到了变幅杆的最优化设计尺寸.     

带中心孔的复合超声变幅杆设计及性能分析

带中心孔的变幅杆可以实现旋转超声加工的中心供冷却液或气体,具有良好的冷却和排屑效果。针对单一形状变幅杆难以实现大振幅的超声振动,对带中心孔的复合超声变幅杆的设计原理和方法进行研究。根据任意截面杆的波动方程,得到带中心孔单一形状变幅杆的传输方程和传输矩阵,并通过对总体四端网络的传输方程和传输矩阵的运算,推导出带中心孔的圆锥过渡复合变幅杆的频率方程和放大倍数的一般公式。根据推导出的频率方程,设计出典型的复合变幅杆,并对所设计的变幅杆进行频率测试,测得的变幅杆频率与理论计算频率的误差在5%以内。研究带中心孔的圆锥过渡复合变幅杆各段长度及中心孔直径对变幅杆频率的影响规律,为复合变幅杆设计和调整提供了理论依据。     

指数形过渡段阶梯形复合变幅杆的有限元分析

基于传统变幅杆的设计理论,对指数形过渡段阶梯形复合变幅杆进行研究；利用有限元软件ANSYS建立指数形过渡段阶梯形复合变幅杆的有限元模型,并对其振动分析,得到复合变幅样的放大系数、节点长度和振动频率等性能参数,与理论计算值比较表明,有限元法可获得很高的计算精度.     

超声珩齿复合变幅器设计及其动力学研究

在超声珩齿加工中,由变幅杆和被加工齿轮组成的变幅器的设计是一项关键技术,探索新型变幅器显得非常重要。基于变截面复合变幅杆纵向振动波动方程和中厚圆环板弯曲振动位移方程,根据复合变幅杆与中厚圆环组成的超声珩齿复合变幅器的非谐振性和边界条件,推导了系统的谐振频率方程,利用数值计算对设计参数、谐振频率、变幅杆及圆环振幅分布等进行研究,同时分析了变幅器几何参数对系统谐振频率的影响。结果表明,有限元分析结果与理论计算结果和实验测试基本一致,系统谐振频率随复合变幅杆各段长度的增加而减小;当复合变幅杆大小端半径比和各段长度保持不变时,系统谐振频率随两端半径成比例地增加而增加;其他参数不变时随圆环厚径比地增加而增加,其结论不仅证实了非谐振理论的正确性,而且为超声珩齿变幅器的设计和应用提供了理论依据。     

超声电解复合加工装置的振动系统优化设计

为设计精密超声电解复合加工深小孔装置的振动系统,设计了1/2波长超声振动系统和以局部共振理论为指导的工具系统。基于波动方程,分别建立1/4波长超声换能器和变幅杆的解析模型,得到换能器和变幅杆的结构尺寸。借助有限元分析软件ANSYS对理论设计的变幅杆和超声振动系统进行动力学分析、压电分析和优化设计,得到了变幅杆和超声振动系统的优化模型。分析结果表明,有限元法对变幅杆和超声振动系统的设计制作具有指导意义,缩短了设计周期,降低了设计成本,所设计的超声振动系统具有良好的性能。     

基于四端网络法的超声珩齿振动系统设计

从变截面杆作一维纵振动的运动方程出发,建立机械四端网络的数学模型及传输特性方程,导出了超声珩齿复合振动系统的频率方程和放大系数计算公式。将小端接圆柱杆的复合圆锥形变幅杆与被加工齿轮组成复合振动系统,将齿轮简化为圆柱杆,采用四端网络方法,得出了复合振动系统的频率方程与放大系数公式。     

超声珩齿加工工件对谐振频率影响的研究

将超声珩齿加工变幅杆和被加工齿轮组成的超声振动系统简化为变幅器,基于圆锥形变幅杆和环盘(被加工齿轮)组成变幅器的频率方程,导出齿轮半径、厚度变化对谐振频率的影响,以及变幅杆的调整规律,并运用有限元分析的方法对设计结果进行了验证,从而为变幅杆及工作频率的设计选择提供了依据。     

回转圆盘的振动主动控制研究

针对工业中应用广泛的悬臂回转圆盘 ,推导了悬臂回转圆盘的横向运动方程 ,并将之演化为实模态状态空间的动态方程。在比例微分控制下 ,分对位与不对位两种情况 ,得到系统极点分布图 ,说明不对位是系统不稳定的根源。并对传感器作动器的最佳位置作了分析 ,控制的仿真结果说明了对位反馈控制时可以得到很好的控制效果。     

基于机械臂位姿变换的柔性负载伺服驱动系统控制策略

伺服驱动系统的柔性负载端转动惯量等参数随柔性机械臂位姿变化而变化,进而影响伺服驱动系统电动机输出端转速。为降低电动机输出端速度波动,采用极点配置的方法设计伺服驱动系统转速环PI控制器参数,该参数的选择随柔性机械臂位姿变化而变化,从而使伺服驱动系统在不同位姿下获得良好的动态响应特性,避免机械谐振发生。首先根据连续体振动理论和拉格朗日原理建立了柔性负载伺服驱动系统动力学模型,并通过状态方程求得电动机转速到柔性负载驱动转矩的传递函数。将变参数PI控制策略应用于伺服驱动系统转速环控制中,分析了柔性负载对转速环的控制特性的影响,采用极点配置的方法设计控制器参数。接下来分别采用相同幅值、相同阻尼系数、相同实部3种极点配置策略设计控制器参数。讨论了这 3 种极点配置策略不同参数对系统谐振峰值、谐振频率和带宽的影响。最后通过数值仿真分析表明:伺服驱动系统等效柔性负载参数与机械臂的位姿有关;柔性负载回转半径、转动惯量较大的情况,不适宜使用相同实部的极点配置方法,但其余两种方法可通过适当选择参数使电动机输出转速波动程度减小。     

GUlDELESS SPATIAL COORDINATE MEASUREMENT TECHNOLOGY BASED ON CODING POLE

A new method of guideless spatial coordinate measurement technology based on coding pole and vision measurement is proposed. Unequal spacing of bar code is adopted to pole, so that the code combination of pole image in measuring field is unique. Holographic characteristics of numeric coding pole are adopted to obtain pole pose and pole probe position by any section of bar code on the pole. Spatial coordinates of measuring points can be obtained by coordinate transform. The contradiction between high resolution and large visual field of image sensor is resolved, thereby providing a new concept for surface shape measurement of large objects with high precision. The measurement principles of the system are expounded and mathematic model is established. The measurement equation is evaluated by simulation experiments and the measurement precision is analyzed. Theoretical analysis and simulation experiments prove that this system is characterized by simple structure and wide measurement range. Therefore it can be used in the 3-dimentional coordinate measurement of large objects.     

铝合金超声铸造中换能系统的有限元仿真分析

根据任意变截面杆纵向振动的波动方程,推导了用于超声波铸造的换能系统各部分的频率方程,并应用有限元分析软件ANSYS对结构进行了模态分析和谐响应分析,得到了系统的共振频率、位移节点、振速分布和输出振幅等重要参数,并应用多普勒测速仪进行了实验验证.与理论计算结果和试验测试结果比较,有限元仿真分析法获得了较高的精度.     

机电集成电磁蜗杆传动系统参数振动响应

针对机电集成电磁蜗杆传动系统中啮合磁极数的周期性变化规律,推导了电磁啮合刚度傅里叶级数形式的表达式,建立了该机电耦合系统参数振动模型及其相应的线性时变微分方程。采用多尺度法推导了该系统自由振动近似解析解,给出了系统包含固有频率及固有频率与啮合频率的组合频率成分的自由振动、主共振、组合共振时域及频域响应曲线。结果表明：系统发生组合共振时的主导频率为系统的固有频率,系统的组合共振振幅随谐波次数增大而递减。     

平面3自由度并联机构弹性动力学研究

以平面3自由度并联机构为例,将机构划分成杆单元和平面三角形单元,用有限元理论建立机构微分运动方程。分析机构模态频率和主振型随机构位姿的变化情况。研究机构在主动力和惯性力激励下的动力响应,将机构真实运动与其刚体运动比较,揭示了机构瞬时振动的型态,找出了机构主要柔性环节。研究机构在加速、匀速和减速运动状态下,动平台的位置和姿态误差的变化规律,清楚了机构速度和加速度的动力特性,结果显示,在机构加速或减速过程中位姿误差和动应力显著增大。     

考虑激振频率的可倾瓦推力轴承动特性理论与试验研究

为了研究激振频率对可倾瓦推力轴承动特性的影响,提出考虑激振频率的动特性建模方法和试验方法。依据可倾瓦轴承刚度和阻尼定义,将激振频率引入可倾瓦推力轴承动特性计算过程,通过建立轴向扰动下的膜厚方程、雷诺方程及瓦块运动方程,推导出包含激振频率的可倾瓦推力轴承动特性数学模型,计算分析刚度和阻尼随扰动频率(激振频率与主轴转频的比值)、转速及载荷的变化规律;采用脉冲激振法在可倾瓦推力轴承试验台进行动特性试验,得到不同激振频率、转速及载荷条件下刚度、阻尼的试验结果,并和相应的理论计算值进行对比分析。结果表明：当扰动频率较小时,可倾瓦推力轴承刚度随其增加而逐步增大,阻尼随其增加而逐步减小;当扰动频率增加到一定程度后,其刚度和阻尼逐步趋于稳定。此外,转速和载荷对其刚度和阻尼随扰动频率的变化幅度基本无影响。     

A validated model for the prediction of rotor bar failure in squirrel-cage motors using instantaneous angular speed

Instantaneous angular speed (IAS)-based condition monitoring is an area in which significant progress has been achieved over the recent years. This condition monitoring technique is less known compared to the existing conventional methods. This paper presents model-predicted simulation and experimental results of broken rotor bar faults in a three-phase induction motor using IAS variations. The simulation was performed under normal, and a broken rotor bar fault. The present paper evaluates through simulating and measuring the IAS of an induction motor at broken rotor bar faults in both time and frequency domains. Experimental results show a good agreement with the model-predicted simulation results. Three vital key features were extracted from the angular speed variations. One feature is the modulating contour of pole pass frequency periods in time domain. The other two features are in frequency domain. The primary feature is the presence of the pole pass frequency component at the low-frequency region of the IAS spectrum. The secondary feature which are the multiple of pole pass frequency sideband components around the rotor speed frequency component. Experimental results confirm the validity of the simulation results for the proposed method. The IAS has demonstrated more sensitivity than current signature analysis in detecting the fault. This research also shows the power of angular speed features as a useful tool to detect broken rotor bar deteriorations using any economical transducer such as low-resolution rotary shaft encoders; which may well be already installed for process control purposes.     

Stewart型六维力传感器弹性体结构的设计

对六维力/力矩传感器弹性体结构进行了分析;提出了基于Stewart平台的球铰接分体式弹性体的设计方案;根据力的叠加原理对传感器分别施加单轴力,分析得到最大受力杆;并利用Matlab软件分析计算系数转换矩阵,得到施加的力与六维力之间的转换方程;调整上下平台夹角α、β及杆长L等参数,对传感器结构参数进行优化设计,得到设计数据表;为Stewart六维力传感器结构参数的选择及优化提供了参考依据。