基于ANSYS的高速精密定位平台有限元分析

提出一种由直线音圈电机直接驱动,采用新型弹性解耦机构的二自由度高速精密定位平台.为研究平台在高速高加速运动情况下动态特性,利用ANSYS软件建立了该平台的有限元模型.以此模型为基础,探讨了在预紧弹簧预紧力、电机驱动力以及焊头焊接力的作用下,引起的该定位平台的应力及其工作表面的变形情况,为平台的结构动态设计提供了依据.     

热超声键合压电换能器的动力学特性

基于有限元方法和试验测试,研究了芯片封装用压电超声换能器的动力学特忡。借助ANSYS压电耦合和非线性接触分析功能,对换能器自由和约束状态下的振动特性进行了分析。探讨了超声能量在空间域、时域和频域的传递规律。由模态分析得到换能器的振动形式,通过谐响应分析提取其在正弦电压激励下的振动信息,经瞬态分析获得换能器的瞬态响应。结果表明,螺栓径向尺寸和预紧力影响换能器的模态分布和动态特性,压电晶堆加载电压的频率影响超声能量传递特性。通过键合试验考察了焊点质量与螺栓径向尺寸的关系。分析和试验结果为换能器设计和键合工艺优化提供了指导。     

双边驱动精密气浮工作台模型分析

设计了一种以直线电机进行双边驱动、以单侧气浮导向的精密运动平台,并对系统进行了动力学建模和分析,得到了系统特性与几何尺寸、质心分布之间的关系,根据系统的要求,设计合适的几何尺寸,可以优化设计出能够更好满足要求的系统结构.     

精密气浮工作台动态特性仿真与优化

为提高精密气浮工作台的工作性能,在分析气浮轴承承载特性的基础上,对气浮工作台进行多体动力学建模与仿真。参数化多体动力学模型,创建模型的设计变量与目标变量,编写目标变量评价程序,使用Isight集成了优化仿真模型,优化了设计变量,提高了工作台的稳定性,缩短了工作台的收敛时间。优化结果表明:对工作台的优化设计改善了工作台的稳定性,减小了工作台在步进扫描过程中的收敛时间与振幅。     

气浮隔振平台特性测试方法的研究

针对气浮隔振平台的振动隔离特性评估,建立隔振平台的力学模型,获得刚度-阻尼并联的两参数模型的传递特性。设计一套微振动测量评估系统,测量流程为：冲击锤激励隔振平台,低频微振动加速度传感器测量地面和隔振台面微小振动加速度值,MI-7208型智能便携式数据采集仪实时采集振动数据,通过配套的专业隔振平台特性分析软件处理得到隔振平台的固有频率和隔振效果等指标。试验结果表明：气浮隔振平台振动衰减可达25 dB;其水平和垂直方向固有频率均在2 Hz附近,与设计参数吻合。     

负压式气浮平台供气压力的研究

液晶平板在线检测过程中,使用负压式气浮系统的稳定性更高,为了比较负压的大小对气膜稳定性、供气参数、质量流量的影响,运用气体润滑理论,对气浮平台的单个节流孔进行理论分析,得到气膜平面的压力分布规律。建立正负压节流孔间隔排布的通孔阵列模型,通过Gambit建立模型并划分网格,对模型提供不同的负压,导入Fluent进行数值计算,得到各种情况下通孔阵列和阵列中心的压力、速度分布曲线。比较得到负压为-2 k Pa时,气膜稳定性更好。分析不同负压所需与之匹配的正压,得到对同一支承物,气膜厚度不变的情况下,正压随负压的变化规律。最后从稳定性和经济性因素出发,得到玻璃光学检测仪器的气浮支承平台的供气参数。     

高精密定位平台驱动波纹管迟滞的建模与验证

为了提高精密定位平台的精度和行程,设计了一种新型的气动伺服定位平台。以金属波纹管为独立执行机构,采用有限元法设计了气浮导轨。以气浮导轨支撑,研究无摩擦条件下的较大行程的精密控制。对波纹管的机械特性进行分析,结合实验数据形成的迟滞初载曲线,进行参数辨识,确定基本迟滞算子的阈值和权值,建立了基于PI模型的系统迟滞模型,并对模型进行了验证。结合建立的系统迟滞模型,采用变化速率为0.5 V/s和5 V/s的锯齿波进行实验,结果表明:系统的迟滞模型输出很好地逼近了系统输出;开环情况下,实际逼近误差慢速信号输入逼近小于10%m,快速信号输入逼近小于20%m,其性能上能够满足高精密定位平台的精度要求。     

3自由度混合柔性铰链微定位平台的设计与分析

为了提高3自由度并联微定位平台的性能,研究了一种新型的混合柔性铰链微定位平台,它由正圆柔性铰链和直角柔性铰链组成。根据正圆柔性铰链和直角柔性铰链的不同特性,设计出了新型的混合柔性铰链微定位平台。先建立传统的3-RRR柔性铰链微定位平台和新型的混合柔性铰链微定位平台模型。再通过有限元分析软件,比较了新型混合柔性铰链微定位平台和传统的3-RRR柔性铰链微定位平台的柔度和灵敏性。结果表明,混合型柔性铰链微定位平台较传统的3-RRR柔性铰链微定位平台有更好的性能。     

基于观测器的直线电机气浮工作台扰动抑制

直线电机伺服系统中,各种外部扰动会直接“零传动”到控制系统,导致伺服系统性能下降,影响运动平台的精度。为了抑制外部干扰对直线电机气浮工作台精度性能的影响,在不增加控制系统硬件的情况下,基于工作台的名义模型,设计了阶次低、易于实现的速度型干扰观测器,通过观测工作台指令速度来观测等效的外部干扰,在控制系统中进行补偿。在直线电机气浮运动平台的控制中,采用上述干扰观测器进行干扰控制实验。实验表明,基于干扰观测器的控制系统对外部扰动具有很强的抑制作用,降低了工作台的定位误差和轨迹跟随误差。     

基于柔性铰链的精密定位平台的设计

为满足实际生产中对体积小、精度高、配置灵活的精密定位平台的需求,设计了一种基于柔性铰链和闭环控制系统的精密定位平台.该平台具备较大的功能扩展性,对同类设备的生产和制造具有一定的参考价值.     

超声波焊接振动问题的数值仿真方法

针对电子元气件在超声波焊接后出现的失效问题,研究用数值仿真的方法来进行建模分析.首先,根据超声波工作机理,简化焊接系统模型,提出适合仿真的加载方法和能量转化形式.然后,根据上述假设,建立热-力耦合数值仿真模型,以计算得到的温度场结果分析模型的可行性.最后,以手机电池焊接装配为例,建立三维有限元模型,利用得到的仿真结果分析振动,提出减振措施并做试验验证.     

超声引线键合PZT驱动信号采集分析系统

根据超声引线键合实验平台电路结构,设计了PZT(压电陶瓷)驱动信号采集电路.在此基础上开发了基于LabView和Matlab的信号采集分析系统.针对PZT驱动电压和电流信号特征,提出了瞬时频率、相差和有效值曲线的计算方法,获得了实际键合试验过程中电流电压瞬时频率及相差变化规律.并根据有效值曲线特征,提出了分段特征点提取方法.根据大量试验分析了分段特征点的稳定性,这对于键合机理研究具有重要意义.试验结果表明,系统稳定可靠,能有效采集分析键合过程中的PZT驱动信号.     

螺距误差补偿在提高数控转台定位精度中的应用

本文介绍了回转轴的螺距误差补偿原理和基于激光干涉仪的螺距误差测量系统,并讨论了这种螺距误差补偿方法在提高数控转台定位精度时所出现的问题和解决方案。     

超声波塑料焊接粘弹性热的仿真计算

粘弹性热是超声波塑料焊接的主要热源之一.针对目前已有方法在计算粘弹性热时不能很好的体现聚合物材料的动态粘弹性而产生较大误差的缺点,首先利用静态松弛模量和"时一温等效性原理"对材料的动态粘弹性进行表征,该方法把动态模量表示成温度和频率的函数,避免了动态模量这一复杂过程.提出了一种用于超声波焊接过程中粘弹性热计算的策略,并对周期载荷作用下PMMA二维模型的粘弹产热过程进行了有限元仿真.结果表明,所得的温度变化趋势与文献中的试验测量结果基本相符.     

Cu-Al异种金属超声焊接过程模拟

利用有限元方法建立了Cu-Al超声焊三维热—力耦合模型. 热源包括摩擦热和塑性变形热,其热流密度与焊接不同阶段材料的振幅相关. 焊接过程超声变软影响温度场分布、应力、应变场和齿的嵌入,模拟合理考虑了铜、铝超声变软的数学模型. 模拟结果表明,铜和铝的块体温度均低于熔点,最高温度出现在焊头与铜板的接触面中心;Cu-Al连接界面最高温度出现在焊接区域中心处. 同时也模拟了齿的嵌入,焊接过程中焊头齿完全嵌入铜表面,但底座齿并未完全嵌入铝中. 与热电偶测温和焊接截面形貌对比验证表明,模拟结果与实际基本吻合,较好地模拟了超声变软、热和力三者之间的作用.     

超声-电弧复合焊接系统换能器优化设计

研究了超声-电弧复合焊接系统中超声换能器的优化设计方法.根据超声-电弧复合焊接系统工作条件确定了超声换能器整体形式和各部分材料.通过传统解析法推导了超声换能器整体谐振频率方程,求解各部分基础尺寸.利用有限元分析软件ANSYS对解析法设计的超声换能器结构进行了模态分析,研究了前后盖板尺寸对于超声换能器谐振频率的影响并优化...     

超声-TIG复合焊枪变幅杆水冷装置的设计

与常规TIG焊相比,超声-TIG复合焊可显著提高焊接效率、改善焊缝组织和力学性能,应用前景广泛.复合焊枪中超声振动系统对温度敏感,温度过高导致超声作用减弱甚至消失.为保证超声振动稳定输出,在变幅杆节点处加工环形槽通循环冷却水,对振动系统进行冷却.利用设计水冷后的复合焊枪进行定点焊接和变幅杆与换能器的测温试验,发现冷却后升温速度降低,峰值温度也分别从62℃和53℃降低到33℃,冷却效果明显.焊接电流为160 A的厚板铝合金堆焊试验结果表明,冷却变幅杆后复合焊枪连续稳定可焊时间从40 s增加到至少3 min.振动系统的温度始终低于37℃,且趋于恒值.复合焊枪焊接稳定性和大电流承载能力提高.     

面状缺陷超声TOFD法信号和图像的特征与识别

针对铝合金厚板焊缝中易于出现的几种典型的面状缺陷,研究了其超声衍射时间差法（TOFD—time of flight diffraction）的检测特征,对获得的A扫描信号和B、D扫描图像的特征进行了分析和解释,并对B、D扫描图像进行了线性化处理。结果表明,结合A扫描信号和B、D扫描图像的特征,能够有效地对面状缺陷进行识别、定位和定量。线性化处理技术有效地提高了图像的时间分辨力,使面状缺陷的信号和图像的特征更明显,进而使定位定量更为精确。     

引线键合中材料参数对硅基板应力状态的影响

利用＂热—力—超声＂增量耦合有限元模型,对采用不同引线（金,铜）以及采用铜引线在不同银镀层厚度（48,1,6μm）条件下的键合过程进行了模拟.结果表明,在其它条件不变的情况下,金引线键合过程对硅基板内应力状态的影响远小于铜引线,且应力集中的位置更接近键合中心;随着镀层厚度的增加,基板所受到的压应力逐渐减小,但基板所受到的最大压应力在硅的抗压力范围之内;同时基板所受到的剪应力也逐渐减小,由于剪应力是硅基板损坏的决定性因素,因此采用厚度为16μm的镀层对减小基板损坏更有利.