新型摩擦变化式压电惯性驱动器

由于目前压电惯性驱动器普遍采用非对称性信号激励,驱动信号发生与控制系统复杂,该文提出采用对称电信号激励压电元件产生往复相同的惯性冲击力,通过控制机构和支撑面之间的摩擦力,使驱动器定向运动,形成有规律的新型压电惯性驱动器的研究方案.分析了驱动器的工作原理及结构特点,建立了驱动器的动力学模型,设计研制了基于V型导轨的摩擦变化式压电惯性驱动器样机并进行了仿真分析与试验测试,结果表明,提出的新型驱动器具有输出性能稳定,负载特性好,重复定位精度较高等特点.     

用于RWMS的旋磁式压电悬臂梁发电机

为了满足列车轮对监测系统(railway wheelset monitoring system,简称RWMS)自供电需求,提出一种通过旋转磁铁非接触轴向激励悬臂梁压电振子构成的压电发电机(即旋磁式压电悬臂梁发电机),介绍了其结构原理,研究了磁力(磁铁数量与配置方式)及其转速对发电机性能的影响。结果表明,在0~1 360r/min转速范围内存在多阶最佳转速,使发电机输出电压出现峰值。当压电悬臂梁端磁铁数固定,增加旋转磁铁数量时,各阶最佳转速值不变,但其所对应的电压增加。当转速为1 042.5r/min时,转盘同一位置安装2,4,8,12个磁铁所对应的最大电压分别为13.2,16.6,23.8,27.8V。当旋转磁铁数量固定、压电悬臂梁端部磁铁数量增加时,各阶最佳转速值降低,而其所对应的峰值电压增加。当转盘上安装2个磁铁,悬臂梁端安装1,3,5,7个磁铁时,第9阶最佳转速及电压分别为1 056.4,861.8,750.6,611.6r/min和13.2,34.4,48,64V。此外,其他参数确定时,1次激励所生成的电能(电压及其波形数量)还与转速有关,低转速(264.1r/min)时仅生成1个电压波形,而高转速(1 024.5r/min)时生成4个电压波形。     

旋转激励磁铁数对压电俘能器输出性能的影响

考虑现有旋转发电机无法适应高/匀速旋转运动且振动冲击/噪音大、可靠性低等弊端,提出了一种由旋转磁铁激励的压电俘能器,并从理论及试验两方面研究了旋转磁铁数量(间距)对激振力及压电振子发电特性的影响规律。结果表明,在其它条件确定的情况下,存在使激振力最大的最佳旋转磁铁间隙比(磁铁直径与相邻磁铁间距离之比);间隙比为2时的激振力幅值为间隙比为0和4时的6.2倍。采用2,12,24个旋转磁铁激励发电时,电压-转速特性曲线中均存在多个使输出电压出现峰值的最佳转速,其中最大峰值电压及其所对应的最佳转速分别为29.4,87.2,28.4V和1 282.5,707.5,2451r·min-1;12个旋转磁铁激励的最大输出电压为其它两种情况的3倍。此外,压电振子一次激励所生成电能(波形数量及幅值)还与旋转磁铁数量及转速有关。2个旋转磁铁在低转速时仅能激励出1个较大幅值电压波形,而高转速时可生成4个幅值较大的自由振荡波形;12个磁铁在任何转速下都仅能激励出1个电压波形。实验显示动磁铁数量是影响旋转压电俘能器发电量及输出功率的关键要素。     

盐田铺膜机抛升土部件参数的计算与选择

采用逆转旋耕理论实现对土壤的切削与抛升。在机器工作速度、膜上覆土厚度确定的情况下，根据膜上覆土量计算抛升土部件刀轴的转速，进而建立抛升土壤运动方和验证当回反脊线位于土壤运动轨迹后下方时，可实现土壤输送，从而满足盐田铺膜要求。     

旋磁激励式圆形压电振子发电机

为满足旋转机构监测系统自供电需求,设计旋磁激励式圆形压电振子发电机,并着重研究磁铁尺寸、磁铁间距、压电振子厚度等对压电振子一次受激产生的最大输出电压及总能量的影响规律。结果表明,其它条件确定时,增加磁铁尺度或减小磁铁间距均可有效提高发电机输出电压及有效速带宽度。试验获得输出电压大于12 V的转速范围为100~2 850 r/min。压电振子厚度对输出电压及总发电量均有较大影响,低转速时采用薄压电振子、高转速时采用厚压电振子有助于提高发、供电能力。0.2 mm、0.4 mm、0.6 mm厚压电振子最佳转速分别为707.5 r/min、1 301.8 r/min、2 490.4r/min,0.2 mm厚压电振子一次受激产生的电能/功率分别为0.4 mm、0.6 mm压电振子的3.1/1.7倍、6.4/2.0倍。以输出5 V供电电压为例,912 r/min时0.4 mm厚压电振子输出电能为0.6 mm厚压电振子的5倍,1710 r/min时0.6 mm厚压电振子的输出电能为0.4 mm压电振子的1.7倍。     

小口径引信磁流变脂解除保险机构设计与延时特性

针对现代小口径炮弹引信作用性能要求高与体积小的矛盾,提出一种新型小口径引信延期解除保险机构。该机构利用智能材料磁流变脂在有/无磁场作用下的开关特性,基于黏弹性液体受挤压采用收缩孔泄流的工作原理,实现引信延期解除保险功能。通过流体动力学和磁场分析,推导出反映机构结构尺寸和流体黏度特性等因素的延期时间数学模型。仿真和试验结果表明：局部阻尼系数经修正后可有效降低模型计算误差,最大误差为6.7%;通过匹配不同泄流孔径、弹丸转速和颗粒体积比等参数,可实现机构延期时间可控范围为9~84 ms. 磁流变脂温度工作范围广且颗粒不易发生沉降,解除保险机构简单可靠,在中、小口径引信中具有潜在应用价值。     

火炮反后坐多级独立式磁流变缓冲器可控性分析

针对火炮反后坐缓冲应用场合,设计了多级可独立加载电流式磁流变缓冲器。依据45°射角下理想后坐阻力变化,分析该缓冲器在3种不同工作模式,即统一加载、组合控制及开环级联下的动态响应特性。冲击实验结果表明：在非可控区域内,单出杆式磁流变缓冲器动态过程存在气体压缩阶段,导致后坐阻力与速度存在明显的滞后现象;而在可控区域内,以2 A总电流输入为前提,组合线圈（线圈级数大于或等于2）工作模式下所产生的最大库伦阻尼力显著优于等值加载情况;开环级联控制模式能有效地降低后坐峰值阻力和延后其出现时刻,逼近理想缓冲效果,同时也对缓冲器最大有效行程提出了更高的要求。通过分析比较得出,基于时间和空间二维电流加载次序,该缓冲器可实现灵活多变阻尼特性输出,在较大射角的火炮反后坐缓冲系统中具有一定的可控性。     

磁耦合式可调频压电振动俘能器

为提高压电振动俘能器的环境适应性,提出一种磁耦合式可调频压电振动俘能器,利用激励器上主动磁铁和组合换能器上被动磁铁间的耦合作用及横摆簧片实现压电振子的单向限幅激励。通过对俘能器及磁对的建模和仿真分析,获得了俘能器结构参数对俘能器输出性能的影响,在此基础上制作俘能器样机并进行实验研究,获得了俘能器纵摆质量m₁、横摆质量m₂、横向距离L_x、纵向距离L_y、竖向距离L_z及负载电阻对俘能器输出性能的影响规律。结果表明：存在两阶谐振频率f₁和f₂使输出电压出现峰值U_n1和U_n2,调节m₁,m₂,L_x,L_y及L_z会影响f₁,f₂,U_n1及U_n2;其他条件一定时,存在最佳负载电阻2 200 kΩ使输出功率达到0....     

压电液压隔振器的能量回收特性分析与测试

为实现高性能的振动主动控制、振动能量回收以及基于能量回收的自供电半主动振动控制,提出一种压电液压隔振器．基于实际流体的可压缩性,建立了压电液压隔振器的能量回收系统模型并进行了模拟仿真分析,获得了相关要素对发电量的影响规律．结果表明,压电液压隔振器的发电能力随系统背压及液压缸振幅的增加而增加,且存在最佳压电振子直径、厚度以及直径一厚度比使发电量最大．采用嘶0×1．6mm。单晶压电振子及@16×100mm3液压缸制作了试验样机,并以水为工作介质进行了不同频率、背压、激振器振幅条件下的试验测试．试验所获得的压电液压隔振器的最佳工作频率仅为6Hz,可用于低频振动能量回收．在频率为6Hz、激振器输入电压为9V、背压为0．4MPa时,发电量为2．42mJ;当其他条件相同,背压为0．4MPa时的发电量约为无背压时的20倍．     

多次压电效应对压电石英物性系数的影响

为改善石英器件与产品的性能以适应并推动微/纳机电系统技术的发展,从理论和实验两方面系统地研究了多次压电效应对压电石英弹性系数、压电系数和机电耦合系数等物性系数的影响.理论分析表明,外应力作用下多次压电效应对压电石英弹性系数及压电系数的影响分别是多次逆和多次正压电效应综合作用的体现.采用与压电石英晶体并联一个远大于其等效电容量的电容器的实验方法,测试了多次压电效应对石英物性系数的影响,获得了三次压电效应时石英的压电系数为0.04 pC/N,比未考虑多次压电效应时提高了1.75%,所对应的机电耦合系数亦增加了1.75%.