压电双晶片型微位移放大机构研究

介绍了以压电双晶片作为驱动元件,由三角放大机理构造的柔性铰链机构作为位移输出的微位移放大机构.通过理论计算、建模等对微位移放大机构进行设计,制作了微位移放大机构的样机,并进行了试验.对得到的测试数据进行分析,研究结果表明,采用压电材料作为精密设备的驱动元件性能良好,所研制压电双晶片型微位移放大机构原理,可推广应用到其他...     

压电双晶片的能量传输特性分析

基于压电双晶片的准静态本构方程,详细地分析了准静态情况下悬臂梁式双晶片执行器在常见的三种不同载荷(力、力矩、压力)情况下的机电转换特性,即有效机电耦合系数、最大能量传输系统、最大输出机械能量时效率.分析结果表明:这些特性主要由压电双晶片材料的横向机电耦合系数k31决定;三种载荷中,以力矩形式输出机械能时压电双晶片执行器的效率最高,以力的形式输出时稍低,以压力形式(如用于推动气体或液体)输出时效率最低.这些结论对于设计压电双晶片执行器的结构具有指导意义.     

压电双晶片和单晶片驱动下泵的输出性能研究

为从理论上获得压电泵在薄片型压电双晶片和单晶片(统称压电振子)驱动时的输出流量关系,需要获得二者振动时产生的容积变化量。假设压电振子在周边固定约束条件下,应用弹性薄板的小挠度弯曲变形理论,推导了压电双晶片和单晶片振动时的容积变化方程,并根据方程对铜基板直径为35mm,压电陶瓷直径为29mm,基板和压电陶瓷厚度同时为0.2mm和0.3mm 2种规格的压电单晶片和双晶片进行了振动容积计算。计算结果显示,相同基板和陶瓷厚度的双晶片振动产生的容积变化量是单晶片的2.3倍。将上诉压电振子应用到单腔压电泵上进行输送气体流量测试,获得的实际输出流量比在1.5~2倍之间,理论计算结果与试验测试结果比较接近。理论推导结果为比较双晶片和单晶片驱动下压电泵的输出能力提供了可靠依据。     

压电双晶片直接驱动式伺服阀的研究

提出一种利用压电陶瓷片直接驱动的伺服阀,其具有高于传统电磁式伺服阀的频宽与分辨率,该伺服阀的机械结构简单,抗干扰能力强。分析了双压电晶片的静、动态特性,制造了双晶片直接驱动式伺服阀样机。     

压电双晶片的有限元分析及实验

采用有限元分析方法,分析了压电双晶片悬臂梁的位移形变特征.研究了金属弹性层、压电陶瓷片的材料属性及几何尺寸对双晶片偏转位移的影响;计算了双晶片的弹性模量、厚度以及加载电压与位移形变产生弯应力的关系;通过位移测试、弯应力测试等相关实验对有限元分析进行了验证.当加载电压为60 V(120 Vp-p)时,双晶片的偏转位移和弯应力分别为166/μm和34.7 m·N,实验结果证明本文所建的有限元模型是合理有效的.此外,测试了压电双晶片的振动特性,测得其谐振频率为310 Hz,在该频率下加载20 Vp-p电压,其端部位移输出即可达1.7 mm.有限元分析结果及实验验证为压电双晶片结构的优化设计提供了依据.     

压电双晶片作为驱动的精密定位机构研究

设计了一种用柔性铰链作为弹性导轨,压电双晶片作为驱动器,结合三角型放大原理实现的精密定位机构,并采用精密电感式微位移传感器（LVDT）进行位移检测。实验表明,该精密定位机构运动范围为0～25μm,定位精度达到15nm。     

压电双晶片传感器灵敏度特性分析

文中用模态分析法详细分析了压电双晶片力、振动、粗糙度传感器的位移特性及灵敏度特性,并给出了灵敏度与压电材料参数及晶片几何尺寸的关系。     

环形压电双晶片驱动式振动送料器

为了满足现代工业领域中对轻、薄、小产品平稳输送的要求,提出了一种采用环形压电双晶片作为驱动源的新型振动送料器。设计了振动送料器结构,分析了振动送料器的工作原理,测试了压电双晶片振子的性能,利用有限元软件ANSYS确定了压电双晶片振子的工作模态,研制了送料器样机并进行试验测试。试验结果表明：当振动频率为86.5～91.5Hz时,送料器具备输送物料的能力;当系统共振时,输送速度最快,随着电压的增加,送料速度呈线性关系增加;与同型号的电磁振动送料器相比,研制的环形压电双晶片驱动式振动送料器消耗电流仅为其16%,工作噪声下降22dB,输送稳定性好。     

压电双晶片驱动的仿生柔性扑翼机构研究

分析了昆虫的翅膀-胸部运动系统,并以此为基础,仿生设计出压电双晶片驱动,柔性双摇杆机构放大位移并带动仿生翅拍动的扑翼系统。分析了压电双晶片的工作原理,讨论了柔性四杆机构的自由度和运动学,并对整个系统的准静力学进行探讨,以确定能否产生足够的力克服空气阻尼。仿真和实验结果表明,通过柔性机构放大压电双晶片位移,能实现仿生翅所需运动,同时进一步的优化设计将有助于改进扑翼机构的运动性能。     

压电执行器输出位移的精密自感知

为省掉外部精密位移传感器,进而减小微装配与微操作系统的体积,降低系统成本,采用自感知方法来获取压电执行器的输出位移。首先,基于压电执行器在电压作用下发生变形的同时,还会发生电极化而在其晶片表面产生电荷这一思想,提出了一种非平衡电流积分式压电执行器的位移自感知方法。其次,考虑到压电执行器的漏电流与介电吸收电流,以及运算放大器的偏置电流对自感知精度的影响,给出了能够精确反映压电执行器输出位移的自感知表达式及自感知参数辨识方法。最后,在辨识压电执行器自感知参数的基础上,实验验证了所提精密位移自感知方法的有效性,结果表明,自感知位移具有亚微米级分辨率,为0.24μm;在静态位移自感知方面,在0～118.9μm的位移范围内,自感知位移的最大相对误差为1.17%;在动态位移自感知方面,在0～100 Hz的频率范围内,自感知位移的最大相对误差为1.45%。可知所提出的精密位移自感知方法既能实现静态长时间又能实现动态快速的高精度、高分辨率的位移自感知。     

置换通风条件下污染物分布特性的模拟研究

为了研究置换通风房间内污染物的分布特性,采用标准k-ε湍流模型结合壁面函数法,利用Fluent软件对房间的速度场、温度场、TVOC浓度场进行模拟。针对有无冷却顶板的不同情况,得出室内温度场、速度场、TVOC浓度场的分布特性并进行了对比研究。研究结果表明冷却顶板可以降低置换通风系统的室内温度梯度,但也同时降低了置换通风系统的排污能力。     

纳米级位移驱动器及其关键技术研究

分析了国内外纳米级位移驱动器的研究现状及发展中存在的问题,并在此基础上总结了纳米级位移驱动器的关键技术,指出了该技术的未来发展方向。     

平行片簧机构输出位移分析

为了分析平行片簧机构在大变形状态下的位移输出特性,根据其结构的对称性,利用Bernoulli-Euler方程和同伦分析方法,在对单个片簧进行受力分析和变形分析的基础上建立了片簧的半段梁模型,得出了一种计算平行片簧机构输出导向位移和耦合位移解析解的方法,并采用有限元方法进行了分析验证。结果表明,在导向位移为片簧长度的34%时,耦合位移达到片簧长度的8%,此时该解析解仍具有较高的精度。     

基于压电陶瓷的新型尺蠖式微位移器的设计

利用压电陶瓷的逆压电效应,基于尺蠖运动原理设计了一种高精度定位的微位移器。本文详细介绍了这种新型尺蠖式微位移器的设计过程。针对当前压电陶瓷驱动电源不能将断电后的压电陶瓷中的电荷放出的缺点,本文所设计的新型放电电路使其放电时间达到毫秒级。通过加入这个放电电路,压电陶瓷将能更快的恢复原形,提高了压电陶瓷的运动精确性。     

超磁致伸缩执行器位移模型的参数辨识

准确辨识模型参数是提高超磁致伸缩执行器位移控制精度的关键,针对单一算法难以实现对超磁致伸缩磁滞非线性模型参数准确识别的问题,将遗传算法与模拟退火算法融合,首先利用遗传算法的快速搜索能力得到一个较优群体,再利用模拟退火算法的突跳能力对整个群体进行优化调整,并在算法中引入最优保留策略和动态步长搜索方法,提出一种改进的遗传模拟退火算法,并将其应用于对超磁致伸缩执行器位移磁滞非线性模型参数辨识。该算法兼具遗传算法和模拟退火算法的优点,既有较快的收敛速度,又提高了辨识精度和最优解质量。通过试验验证,超磁致伸缩棒伸长量的模型计算结果与测量值符合程度较好,平均相对误差为3.85%,该方法能方便有效地辨识模型参数。     

蒙皮数控拉形位移加载设计方法研究

针对蒙皮拉形工艺设计、数值模拟与数控拉形设备高效结合的问题,提出板料变形与数控拉形设备机构运动相耦合的位移加载设计方法。基于数控拉形设备VTL1000建立蒙皮数控拉形数值分析模型;采用几何解析方法推导板料变形与机构运动位移加载的关系,将关系解作为数值模拟的边界条件。用研究实例证明该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。     

压电陶瓷驱动器模糊自整定PID控制方法研究

本文将模糊自整定PID控制思想应用于对压电陶瓷驱动器的控制，运用模糊理论的方法对PID的3个参数进行在线自调整，有效克服压电陶瓷驱动器迟滞，非线性的影响。在LabVIEW环境下实现了该控制算法。在此基础上，建立了实验系统，对压电陶瓷驱动器进行模糊自整定PID控制研究。实验结果表明，被控制方法明显提高了系统的动态性能和稳态精度，同时系统具有较强的适应性和鲁棒性。     

基于SDT的三维公差域建模方法研究

以自由度和变动理论为基础,研究了基于SDT的平面特征公差数学模型表示方法。首先研究了三维公差域参数化表示方法,基于新一代产品几何规范标准体系(GPS),将几何偏差分为本质偏差和方位偏差,研究了三维公差域参数化建模方法,并基于运动自由度分析的SDT方法分析了三维公差域建模的一般步骤。最后以平面特征的公差建模为例,对不同类型的平面分别建立了数学模型。     

带底孔的圆筒形件成形后毛料孔的变形量研究

通过数值仿真研究了带底孔的圆筒形件成形后底孔的变形规律,在此基础上建立了带底孔的圆筒形件成形后毛料中心孔变形规律的经验公式。     

复杂曲面注塑产品模型集成分析技术

基于Hele—Shaw流动模型，研究了具有复杂曲面特征的注塑产品模型集成分析的技术方法，给出了在建立曲面型产品CAD特征实体模型时，考虑产品在结构上的可分析性，并按照该产品CAD几何形状的厚度分布对CAE网格单元模型附加其厚度属性信息的技术构架和实施方法。通过对影响注塑产品型腔充模流动过程的重要参数——流动率与cAE网格单元模型关系的研究，用数值仿真方法对两型腔钟表前后壳体注塑产品进行了CAE分析，其结果接近试验过程，从而验证了模型集成方法的有效性和准确性。