简谐电压激励下静电谐波微电机的响应分析

提出了一种基于静电驱动的新型谐波微电机,描述了该微电机的基本工作原理.给出了微电机中静电场力的静态分量、动态分量和简谐电压激励下的载荷.将受迫振动的位移解表示为柔轮自由振动振型的级数形式,进而把按照Donnell壳理论建立的控制微分方程予以化简.利用壳体振型的正交性,确定了简谐电压激励下系统的动态响应,并总结了其规律.最后,分析了系统在电压激励下的共振特性,以及随主要系统参数的变化规律.     

有阻尼双质量弹簧系统的理论建模及性能分析

基于现代控制和机械动力学的相关理论,以有阻尼双质量弹簧系统为研究对象,根据系统遵循的物理规律建立系统的状态空间模型并绘制系统的模拟结构图,全面反映系统各状态变量间的关系及变量的变化情况,揭示了系统的内部特征。应用状态空间分析法判定了系统既能控又能观,实现了对系统内在性质的深化认识。采用振型叠加法定量研究了系统的动态特性,计算了系统低阶固有频率、主振型及系统在简谐激励力作用下的位移响应,进一步认识了系统的运动特性。     

细长杆车削系统的动力学建模

根据等截面梁的横向振动理论，建立细长杆系统横向自由振动的偏微分方程，求出细长杆的振型函数。当设定装夹情况为卡盘—顶尖装夹时，求得细长杆的一阶固有频率。从激励及切削力的分析知，切削力对细长杆的激励可简化为两个相互垂直的简谐力激励，此简谐力的频率就是细长杆的转速。所以，要减小细长杆车削中的振动，转速必须远离细长杆系统的一阶固有频率，即避免产生共振。     

Cymbal型压电堆叠阵列的振动分析

基于Kirchhoff薄板理论,推导了Cymbal型压电堆叠阵列在周期性均布载荷作用下的等效刚度,利用试验测定了堆叠阵列的阻尼因子,通过模态分析推导了系统的振型频率方程并获得在外部简谐激励下振动位移的一般解.由频率方程计算得到的各阶振型频率与采用有限元方法计算及试验测试的结果基本一致.     

动质量对悬臂梁振动抑制的数值分析和实验研究

在简谐激励下,实验研究端部动质量对悬臂梁共振响应的抑制能力,发现抑振效果与质量位置和质量比有直接关系,动质量和梁的高频碰撞振动现象。提出包含碰撞效应的数学模型,用振型叠加法,将耦合的非线性偏微分方程变为时变非线性微分方程。计算无量纲梁端部位移和碰撞力。结果显示,提出的模型基本上描述了系统的动态特性,在一定程度上理论和实验结果是一致的。     

含金属橡胶的双层隔振系统简谐激励响应计算方法研究

针对目前含金属橡胶的双层隔振系统简谐激励响应算法推导过程复杂、求解困难的现状,提出了基于多项式动态模型的等效线性化方法。首先引入多项式模型对金属橡胶的动态力学特性进行了描述,并对不同频率下隔振系统运动方程中的非线性刚度、阻尼进行等效线性化处理,然后求解方程获得系统在相应频率下的振幅,最后由不同频率的振幅组成幅频特性曲线。通过算例,将利用上述方法得到的结果与试验数据进行了对比,证明了多项式模型等效线性化方法对于含金属橡胶的双层隔振系统简谐激励响应计算问题的适用性、简便性和准确性。     

基于流固耦合气体轴承-转子系统的动态特性分析

机床切削过程中所受的切削力可假设为稳态力和动态扰动力的合力,为探究以气体轴承作为支承的电主轴系统的动态特性,以正弦波作为动态扰动加载形式,提出采用简谐激励法与双向流固耦合数值模拟相结合的方法对气体轴承-转子系统的简化模型进行动态特性研究;对动刚度和阻尼系数进行辨识,并通过模态分析获得转子不同稳态力下系统振型及固有频率变化规律。研究结果表明：随稳态力的增加,下径向轴承的Kyy增长速率大于Kxx,而交叉刚度和交叉阻尼均几乎不变;下径向轴承的主刚度大于交叉刚度,主阻尼大于交叉阻尼;当稳态力为50~200 N时,转子下端y向偏移均随动态扰动力频率的增加呈现先增大后减小的趋势;系统的共振频率随稳态力的增大而增大。     

磁流变测量系统的控制滞后与动态响应

磁流变系统的控制效果依赖于系统建模,因此对滞后与动态响应特性的建模尤为重要。通过分析磁流变系统受控制信号激励时各部分的滞后,得到了系统研究各部分动态行为的方法;通过施加直流加交流的激励,测试与研究了磁流变测量系统的动态响应特性。结果表明,无偏置简谐电流激励下电流-剪切应力关系为蝶形曲线,经分析可知其由响应滞后所致,而曲线光滑的上下沿分别由滞后和系统的非线性导致。最后,通过引入滞后时间较好地描述了各种情况下电流与剪切应力间的动态响应关系,其值为23.1 ms。     

非周期激励作用下振动系统的谐响应分析

用谐响应分析的方法研究非周期激励作用下振动系统的稳态响应。通过精细离散的数值方法实现非周期激励简谐化,表示为有限个简谐激励的组合。分析节点数和采样时间对系数矩阵范数条件数的影响以及算法的误差来源。将微小时间段内的非周期激励简谐化,通过谐响应分析的方法求解每个简谐激励在该时间段内的响应,叠加求和得到其总响应,将该求解策略应用于其他时间段,得到整个时间区域上的振动响应,实现振动系统在多个非周期激励作用下的稳态振动响应分析。设计数值算例,并将数值解和解析解进行对比分析。     

仿生微扑翼机构的设计与机电耦合特性研究

根据昆虫扑翼飞行的原理，设计了一种基于昆虫胸腔式结构的静电驱动微扑翼机构。根据驱动机构的物理模型建立了机电耦合系统的非线性动力学模型，应用数值方法研究了系统在常值电压激励下的动态响应；在相空间中分析了系统的非线性动态特性，研究了阻尼和初值对系统动态特性的影响；讨论了系统在正弦激励电压信号下的响应。研究结论对微扑翼驱动机构的设计、制作和应用提供了一定的理论依据，对于其他静电驱动的微机电系统亦有一定的参考价值。     

压电谐波传动系统活齿传动自由振动分析

提出了一种具有低速大转矩特性的机电集成压电谐波传动系统,该传动系统利用活齿传动输出转矩。分析了机电集成压电谐波传动的工作原理,建立了活齿传动动力学模型,推导了其动力学微分方程,给出了活齿传动自由振动特征方程,求出了系统固有频率及振型,并分析了结构参数对固有频率的影响。研究结果为机电集成压电谐波传动系统的进一步优化提供了新的思路和方法。     

谐波驱动柔性臂系统耦合动力学建模及辨识

为研究谐波驱动的柔性臂系统耦合动力学建模问题,分别进行了谐波驱动模型的参数辨识和柔性机械臂振动特性的耦合动力学模型辨识。通过阶跃电流激励和低匀速转动实验辨识出了关节的库伦摩擦力,在伪随机二进制信号的激励下,辨识得到了包含驱动系统转动惯量和黏性摩擦因数的驱动传递函数模型,将其与实际结构系统比较验证了此模型的准确性。理论分析了振动耦合力矩和柔性臂应变输出电压之间的线性关系,辨识得到了从电机转动角位移到柔性臂应变电压输出之间的传递函数,其输出在时域和频域上都与实际系统比较吻合,说明了建立的传递函数模型对于实际系统的适用性。综合两个辨识得到传递函数模型,实现了对谐波驱动的柔性机械臂系统的耦合动力学建模。     

基于谐波平衡法的非线性低频隔振系统振动特性研究

针对非线性低频隔振系统振动响应和振动传递率进行理论研究。基于非线性弹性元件的载荷－位移试验数据建立了非线性低频隔振系统的动力学模型和动力学方程。借助谐波平衡法对该非线性动力学方程进行近似求解,得到该非线性低频振动系统的一次谐波位移响应和振动传递率的近似表达式。分析了不同系统参数对振动传递率和曲线族骨架形状的影响,并对这种影响产生的原因进行了解释。理论结果与试验结果对比显示,当该非线性低频隔振系统工作在有效隔振频段内时,两者吻合良好。     

功率二分支齿轮传动系统动载特性与模态分析

为了分析功率二分支齿轮传动系统的动力学特性,构建由斜齿分扭传动级与人字齿并车传动级构成的分扭 并车纯扭转动力学模型;通过高斯消元去除状态方程中的冗余变量,解决了系统动力学方程的奇异性并采用 4 阶 Runge-Kutta 法数值求解;分析了无量纲时间下不同齿型构成的 2 级传动动载特性,采用模态分析法,确定该系统的固有频率与固有振型,并结合三维瀑布图分析激振频率对系统共振特性的影响。研究结果表明:该齿轮传动系统由人字齿构成的并车传动级动力学特性优于由斜齿构成的分扭传动级;系统啮合位移与动态啮合力响应瀑布图表明,在该系统激振频率为 1820 Hz 时,系统出现超谐波共振。     

考虑载荷变化的准零刚度隔振器动态特性

为了研究载荷变化对准零刚度隔振器动态特性及隔振性能的影响,首先,分析具有分段非线性特性的准零刚度隔振器静力学特性;其次,引入光滑函数,应用增量谐波平衡法得到准零刚度隔振器的周期解,分析载荷与激励幅值对隔振器动态特性的影响;最后,定义准零刚度隔振器的力传递率,分析载荷与激励幅值对其隔振性能的影响。研究结果表明:当激励幅值较大时,载荷变化会导致响应的常数项在共振区附近出现交叉折叠的现象;载荷与激励幅值的变化会改变隔振系统的共振频率、传递率峰值以及有效隔振频带,但该准零刚度隔振器的隔振性能仍优于线性隔振器。     

卧式板型直线超声电机的微型化

基于L1B4板型直线超声电机,研制了一种外型尺寸为36mm×5mm×4mm的卧式板型微型直线超声电机。论述了电机的工作原理和运行机理,使用解析法和有限元法进行了微型化结构设计,分析了定子的振动模态,并实现了频率简并。通过模拟压电激励的动态频率响应,对比了样机的5片压电陶瓷布置方案和常用的两片压电陶瓷布置方案的共振位移响应曲线,证实了采用5片压电陶瓷布置方案增大了输出端点处产生的振动位移。样机特性测试实验表明,当激励信号电压为150Vpp,频率为62kHz时,电机最大速度为183.7mm/s,输出推力为50mN。预期该电机可以用于电机安置空间比较狭窄且需要一定动力的直线驱动场合。     

基于加速度传感器反馈控制的谐波驱动系统的研究

在机器人驱动中经常采用谐波传动。但谐波减速器的柔性、非线性摩擦、随速度波动、低阻尼等因素会给负载端带来振动,导致工作端的轨迹跟踪精度不高。为了抑制其振动,实现高精度轨迹跟踪控制,提出利用加速度传感器反馈控制来抑制负载端的振动、力矩干扰和动力学效应,提高其响应性能。理论分析和实验结果证实了提出方法的可行性。     

基于随机载波PWM的开关磁阻电动机谐波频谱展开研究

为解决开关磁阻电动机(SRM)固有的振动和噪声问题,在SRM的速度控制中使用了随机载波脉宽调制(RCPWM)进行了谐波频谱扩展。将两种RCPWM,即单随机载波脉宽调制(SRCPWM)和多随机载波脉宽调制(MRCPWM)运用到SRM速度控制中的电流环,其能够有效地将电压谐波分散到更宽范围的频谱上。谐波频谱展开性能可以用谐波展开因子(HSF)和总谐波畸变(THD)进行评估。通过Matlab/Simulink软件搭建了四相8/6极SRM速度控制系统。仿真结果表明,相较于普通PWM和滞环控制,RCPWM能够显著提升SRM的谐波频谱展开能力,而SRM的振动和噪声与电压谐波有着直接的关系,因此可以达到减小SRM振动和噪声的目的。     

基于欧拉梁的准零刚度隔振系统动力特性分析

将两端受轴向压力的欧拉梁和线性弹簧并联,组成一个具备高静刚度和低动刚度的准零刚度隔振器。通过对隔振系统进行静力分析,给出系统具备准零刚度特性所需的条件。利用谐波平衡法求解系统的振动微分方程,分析系统的幅频特性,给出了系统的力传递率,讨论了阻尼、激励力等参数对系统传递率的影响。最后分析了该隔振系统的跳跃频率。研究结果表明：激励力以及初始偏移量的增大会使系统的隔振效果变差,因此要控制激励力的大小并尽量避免超载;阻尼比的选取需要综合考虑高频的隔振效果和有效隔振频率范围。