用于履带驱动的压电振子接触摩擦行为

为了提高传统压电振子驱动履带运动的工作效率以及运行速度,对压电振子的工作模式进行了改进。利用压电振子圆环部分绕节圆的扭转振动替代弯曲振动,将两个扭转振动驻波合成扭转振动的行波,获得了更适合压电振子驱动履带运动的工作模态,以提高压电振子的驱动效率。新的工作模式不仅增加了压电振子与履带的接触区域数,同时也减小了圆环部分的行波波谷与履带接触造成的能量损耗。通过有限元分析对压电振子进行了设计,制作了原理样机并进行了接触、摩擦行为实验分析。研究了不同预压力作用下,压电振子在不同硬度、粗糙度的履带材料表面上的运动特性,发现：材料的硬度越大,压电振子的负载能力越强;存在一个硬度、粗糙度、预压力之间的最佳搭配,使得压电振子运动速度达到最大。实验结果为后续的履带设计以及驱动系统的整体优化奠定了基础。     

压电陶瓷形变速率对压电驱动器驱动性能的影响

一般理论认为压电陶瓷的驱动位移大小与压电陶瓷的变形量有关,而变形量又与压电片层数、驱动电压、驱动频率等有关,为了提高压电陶瓷驱动的位移,会尽力去提高压电陶瓷的变形量,这往往要显著增加成本.然而经深人研究发现:压电陶瓷驱动位移大小,不仅与其变形量有关,而且与其相应变形量的时间长短有关,即变形速率有关.因此在同样变形量的情况下,变形速率大,也可获得更大的驱动位移.这一发现为压电陶瓷材料的选择提供了一个新的思路.     

嵌有压电作动器的滚珠丝杠驱动系统

将压电作动器置入滚珠丝杠驱动系统,可以灵活地控制滚珠丝杠的预紧力和运动;在伺服电动机粗定位的基础上,可以实现纳米级精确定位;通过脉动作用保证了系统的低速运动稳定性。     

预压力对弯纵振子微驱动的瞬态摩擦和磨损影响研究

利用自行研发的试验系统研究2种不同摩擦配副间瞬态摩擦和磨损,自动记录了预压力条件下摩擦配副正压力与驱动力的动态曲线,给出了摩擦副磨损表面光学照片.对2种不同配副动态正压力和驱动力峰值随预压力变化进行数据处理,得到其变化规律曲线,并对微驱动摩擦和磨损机制进行分析.结果表明:对于不同的摩擦副材料,随着预压力增大,弹性模量大的动态正压力大,而弹性模量小的驱动力效果好;超声波微驱动过程中,纵向振动造成下试样表面的微凸峰塑性破坏,而由弯曲引起的横向摆动造成下试样表面擦伤.     

压电陶瓷驱动微小机器人移动机构性能实验研究

利用压电陶瓷的电致伸缩效应可以驱动微小机器人移动机构的运动。用金属薄片和压电陶瓷构筑的振动框架式微小移动机构其外型尺寸在１０ｍｍ３以下,重量小于０．７ｇ。本文用实验方法探讨了这种微小机构在不同激励频率、不同信号波形和幅值下的移动性能,为理论建模提供了实证依据。     

基于压电驱动微型泵的研究

通过对压电驱动机理的研究,利用"双压电晶体振子"的收缩和膨胀机理,设计了一种基于压电驱动的微型泵.     

基于模式识别的压电精密驱动与控制系统

提出了基于图像识别技术的精密驱动与控制系统,以及将驱动系统分为步进电机丝杠的宏驱动系统和压电驱动器的精密驱动系统,并将两者有机地结合成完整宏/微的驱动系统。并且提出了基于计算机视觉技术与串口通信技术相结合的控制系统。这个精密驱动与控制系统的微操作平台连接上不同的机械执行机构就可以用于不同的精密加工和制造系统中。     

压电驱动共振式高频疲劳试验机构的设计与实验

针对在小振幅、高频受力工况下微小与硬脆材料构件的疲劳检测,提出利用压电振子(PZT、PLZT或PMN)作为高频疲劳试验机构的驱动力源,并利用系统共振方法设计高频疲劳试验机构.首先,介绍压电共振式疲劳试验机构的工作原理,建立了动力学模型,获得了系统的动态特性.然后,设计和制作了样机.最后,利用样机测量了作用在试件上的动载荷.实验结果表明;改变输入交流电压幅值(100～250 V)和板弹簧厚度(1.1～0.6 mm),可施加在试件上的动载荷为24.7～99.2 N.本文制成的样机适用于测试动载荷在为24.7～99.2 N,且在小振幅、高频受力工况下试件的拉伸和弯曲疲劳性能.     

可调谐半导体激光器压电驱动系统的优化设计

针对可调谐半导体激光器中普遍存在的输出光频率无跳模调谐范围小、扫描频率低、结构复杂等亟待解决的问题,研究了可调谐半导体激光器内部压电驱动系统的动力学特性。基于提高回转精度、降低轴心偏移量的设计目标,提出了一种多叶片并联的星型柔性机构结构。基于Lagrange方程和Duhamel积分,分别建立了压电驱动系统的运动微分方程和振动方程,在此基础上建立了柔性机构的动力学模型并对其结构参数进行了优化。最后,搭建了压电驱动系统动态特性测试平台,测试了压电驱动系统的机械响应特性以及可调谐半导体激光器的输出光可调谐范围。实验结果表明,压电驱动系统一阶固有频率为2187 Hz,柔性机构最大轴心偏移量为0.947 mm。在可调谐半导体激光器无跳模调谐性能测试中,当调谐频率为20 Hz时,实现了103.5 GHz的无跳模调谐范围。     

一种压电执行器部件预紧力测试方法研究

压电执行器部件是新一代高压共轨压电喷油器中的关键部件,其封装时需要施加一定的预紧力.本文提出了一种压电执行器部件预紧力的测试方法,设计了相应的测试装置,并制定了试验流程.通过样品压电执行器部件预紧力的试验验证,表明该测试方法可以准确测量压电执行器部件预紧力大小.     

压电驱动微滴喷射过程的数学模型

通过对压电驱动器的力一位移方程的简化，得到了压电驱动器的受力方程。从质量守恒和能量守恒的角度对腔体内部流体运动情况进行了分析，简化了分析过程。在此基础上，建立了微滴喷射过程的数学模型，得到的计算结果、喷射规律与试验结果基本一致。     

一种履带式移动机器人的控制系统设计

针对一辆无刷电机驱动的履带式移动机器人BHTR-1,对其包括运动控制系统、信息检测系统、无线遥控系统等各部分在内的控制系统进行了设计。运动控制部分采用以DSP LF2407A为主控芯片、以无刷电机专用芯片MC33035和驱动桥MPM3003为电机驱动控制的方案;信息检测系统采用红外传感器来检测环境障碍信息,并安装无线视频设备用以监控机器人运行环境;无线遥控系统采用摇杆式脉宽比例调节方式来实现对机器人的调速及其他运动控制。     

交叉指形电极压电纤维复合材料的优化设计

交叉指形电极压电纤维复合材料是1-3型压电复合材料的新成员,以提高其驱动应变为目的,采用有限元软件ANSYS分析了其驱动特性,并给出了组分材料特性对驱动性能的影响规律。结果表明：采用低弹性模量、高泊松比的压电相和聚合物相有利于提高压电片的驱动应变;聚合物相的介电常数对驱动应变影响最大,采用高介电常数的聚合物相可以使其驱动应变明显提高。     

Preload characteristics identification of the piezoelectric-actuated 1-DOF compliant nanopositioning platform

Packaged piezoelectric ceramic actuators (PPCAs) and compliant mechanisms are attractive for nanopositioning and nanomanipulation due to their ultra-high precision. The way to create and keep a proper and steady connection between both ends of the PPCA and the compliant mechanism is an essential step to achieve such a high accuracy. The connection status affects the initial position of the terminal moving plate, the positioning accuracy and the dynamic performance of the nanopositioning platform, especially during a long-time or high-frequency positioning procedure. This paper presents a novel external preload mechanism and tests it in a 1-degree of freedom (1-DOF) compliant nanopositioning platform. The 1-DOF platform utilizes a parallelogram guiding mechanism and a parallelogram load mechanism to provide a more accurate actual input displacement and output displacement. The simulation results verify the proposed stiffness model and dynamic model of the platform. The values of the preload displacement, actual input displacement and output displacement can be measured by three capacitive sensors during the whole positioning procedure. The test results show the preload characteristics vary with different types or control modes of the PPCA. Some fitting formulas are derived to describe the preload displacement, actual input displacement and output displacement using the nominal elongation signal of the PPCA. With the identification of the preload characteristics, the actual and comprehensive output characteristics of the PPCA can be obtained by the strain gauge sensor (SGS) embedded in the PPCA.     

丝杠系预拉伸力的综合分析计算和探讨

丝杠传动系统是数控机床的关键部分之一,针对单推-单推和双推-单推支承型式丝杠传动系统的预拉伸力计算和确定问题,通过分析认证,指出现行的结论存在以下不足和缺陷：在只考虑轴向负载因素时确定的预拉伸力在一般情况下过大;以及没有给出综合考虑最大轴向负载和热伸长变形两种主要因素时的预拉伸力计算和确定方法,或只按照热变形补偿方式而计算和确定预拉伸力,所得出的计算结果和结论具有局限性、不合理性和不完整性。为克服这些不足和缺陷,综合考虑上述两种主要影响因素,对双端固定丝杠系的受力和变形进行了分析,引入一个新的技术参量--临界预拉伸力,推导出丝杠系的综合临界预拉伸力方程及其解法;并考虑轴承最小载荷要求,同时根据实际应用状况进行系数修正,给出了最终预拉伸力的表达式,讨论了修正系数的选择原则和方法,使预拉伸力的计算和确定方法明确、合理、符合实际。对计算方法进行试验验证,显示了其合理性。     

压电式振动钻削工作台及其性能测试

在压电致动器的特点、性能简要分析的基础上,提出把压电致动器用做振动钻削振源的可行性,并进一步阐述了压电式振动钻削工作台的激振方式、结构形式,以及驱动与控制。对压电振动台的空载输出特性和钻削加工中的振动特性进行了测试和分析。测试结果表明,基于压电致动器的振动钻削工作台具有输出线性度好、波形基本不失真、振动参数畸变小、抗干扰能力强等特点,完全能够满足小孔和微孔振动钻削的需要。     

功能梯度压电驱动器的结构设计、制备与功能验证

本文作者在以前的研究中,提出了一种新型的功能梯度驱动器。在此基础上,本文设计并制备了该驱动器,建立了理论模型,并对驱动器的性能进行了测试。这种新型功能梯度驱动器由4种基于Pb(Ni1/3Nb2/3)O3－PbZrO3－PbTiO3系列的材料复合而成,且四层材料的压电常数和介电常数在厚度方向上的梯度变化相反,这种梯度结构能够使得驱动器结构内部的应力分布优于传统弯曲驱动器。为了对驱动器进行优化设计,作者利用经典复合材料力学和压电方程建立了功能梯度压电驱动器的理论模型,并计算了不同厚度配比的驱动器受电压和自由端集中力单独作用时的准静态变形和应力分布。通过分析驱动器的内部应力确定了最优厚度配比。根据优化结果成功制备了功能梯度压电驱动器,并测量了驱动器自由端输出位移与输出力的关系。测量结果表明：功能梯度压电弯曲驱动器的输出位移和输出力呈线性关系,并且频率越低,输出位移和力就越大。     

离心力影响条件下的履带车滑移转向性能分析

针对传统履带车转向力学模型不考虑离心力的影响,为了准确计算履带车实际转向过程中的各个转向性能参数,在深入研究履带车转向机理的基础上,建立了综合考虑离心力和履带滑移/滑转等影响因素下的履带车转向数学模型,并以某一具体车型为例进行了数值求解。研究结果表明:车辆转向过程中产生的离心力会对转向性能产生影响,与传统转向模型分析结果相比,考虑离心力影响时的履带接地段压力呈现梯形状分布并非传统上认为的均匀分布;车辆在黏性度大的土壤上行驶时履带的滑移/滑转也会影响转向性能。实车试验也验证了模型的正确性。该研究成果为履带车的设计与优化以及平稳转向控制等提供理论依据。     

基于ADAMS的履带车辆行走系统性能的仿真

将虚拟样机技术应用于履带车辆,对于深入研究履带车辆性能,降低研究成本,缩短研究周期具有重要意义。本文针对某型履带车辆,运用机械系统动力学自动分析软件（ADAMS）建立其行走系统的虚拟样机模型,解决车辆在高速行驶过程中的“脱轮”问题,为履带车辆的设计提供参考依据。