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。     

压电双晶片参数及温度特性的动态测试方法

本文提出一种压电材料参数动态测试模型,用于测量压电双晶片的几个主要材料参数：压电应变常数ｄ３１、机电耦合系数ｋ３１、介电常数ε３３＾Ｔ、弹性柔顺系数ｓ１１＾Ｅ及材料参数的温度特性。本文的这种测量方法不同于通常的由标准试样测量压电材料参数的方法,是直接由一种实用元件－压电双晶片（非标准试样）测量压电材料的参数。文中详细描述了测试原理、测试步骤及一种实际试样的测试结果。理论与实验结果表明：这种新的测试     

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。     

悬臂式压电双晶片振子夹持长度变化对其动态特性的影响

以惯性压电驱动器的关键部件——悬臂式压电双晶片振子为研究对象,探讨了悬臂式压电双晶片振子的夹持长度变化对其动态特性的影响规律。首先,建立了悬臂式压电双晶片振子静态参数方程和动力学模型。然后,应用matlab软件仿真分析了夹持长度变化对悬臂式压电双晶片振子的端部位移幅值和惯性加速度幅值的影响。最后,分别测试了悬臂式压电双晶片振子在不同夹持长度下的端部位移幅值以及惯性加速度幅值。结果显示:驱动电压为10V,频率为11Hz,悬臂式压电双晶片振子的夹持长度在9~20mm内变化时,其端部位移幅值最大为66.2μm,产生的惯性加速度幅值最大为10.2ms-2。仿真和试验结果表明:激励电场相同时,随着悬臂式压电双晶片振子的夹持长度增大,其端部位移幅值会变小,而其产生的惯性加速度会变大。     

压电双晶片执行器驱动位移模型研究

通过对压电双晶片执行器的受力分析，推导出弹性梁双面对称粘贴和单面粘贴压电片驱动位移模型的计算公式。通过计算机数值模拟，分析了弹性梁厚度及材料特性对驱动位移的影响。实验研究证明了所建模型的正确性，为双晶片结构中压电片和弹性梁的选择提供了理论依据。     

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.     

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。     

压电单晶片搭接特性

压电晶片广泛应用于压电驱动、压电风扇、压电泵等领域,其往往工作于谐振频率下。对于采用搭接方式安装的压电晶片,接触点位置和接触力的变化会导致压电晶片的工作频率和尖端位移发生变化。针对搭接状态下的压电单晶片,文中设计了一套实验测试机构,分析测试了压电单晶片在不同搭接状态下的谐振特性。     

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。     

轴向预压缩双晶片动力学模型与特性分析

基于夹层结构是非常理想的抗爆炸冲击、弹道侵彻的轻质结构材料,制备了双层K-cor夹层结构试样。首先,采用一级轻气炮系统实验研究了双层K-cor夹层结构的高速冲击响应;其次,建立了双层K-cor夹层结构的有限元模型模拟了高速冲击过程,并利用该模型分析了高速冲击过程中的能量吸收和破坏模式;最后,讨论了结构的变化对于高速冲击性能的影响。结果表明：双层K-cor夹层结构相比单层结构的弹道极限速度提升了8.3%,模拟结果与实验值吻合较好;双层结构的优势在于更多界面在冲击作用下导致的吸能机制增加;提高Z-pin植入密度能够切实有效地提升K-cor的高速冲击性能。     

轴向预压缩双晶片动力学模型与特性分析

基于欧拉梁的假设,将双晶片简化为3层压电层合梁,由Hamilton原理建立系统的动力学模型,得到描述轴向预压缩压电双晶片的偏微分方程及特定边界条件,通过求解上述微分方程的边值问题得到双晶片在不同轴向力下的输出特性的解析表达式。利用有限元软件对双晶片进行仿真,验证了理论分析的正确性,增加理论分析结果的可信度。最后通过实验的方法研究双晶片的静、动力学特性,证明了施加轴向力可以降低双晶片的弯曲刚度和固有频率,显著增加其机电耦合效率,提高力和位移输出能力。轴向力虽然会影响双晶片启动时的位移峰值,但是对响应时间和带宽影响较小,大轴向力下双晶片仍具有带宽高与响应快的优势。     

两端固定支承的丝杠轴向刚度分析

滚珠丝杠螺母传动机构是数控机床的进给传动部件,其轴向刚度直接影响数控机床的定位精度,应用变行协调原理给出了滚珠丝杠螺母传动机构的轴向刚度计算方法,计算结果显示,两端固定支承的丝杠的轴向刚度随长度按抛物线规律变化,并不是定值.     

Analysis of Natural Vibrations of Round Bimorph Piezoelectric Ceramic Plates of Arbitrary Dimensions. II. Rigidly Fixed Piezoelectric Plate

The problem of natural vibrations of a round bimorph rigidly fixed supported piezoelectric ceramic plate (piezoplate) of an arbitrary thickness with arbitrary axisymmetric electrodes is solved using the method of finite elements. The natural frequency spectra are analyzed in the resonance and antiresonance regimes. The displacement distributions over the piezoplate surfaces (vibration modes) are also analyzed and the dynamic electromechanical coupling coefficient (DCC) is investigated as a function of the relative plate thickness for various piezoelectric ceramic compositions. Round bimorph piezoplates with partial electrodes are considered; it is shown that the DCC can be significantly (by tens times) raised using partial electrodes. The results obtained make it possible to estimate the limits of applicability of the approximate one-dimensional theory and choose the optimum geometric dimensions of the plate and electrodes that ensure the maximum DCC.     

基于ANSYS的悬臂梁模态分析

用ANSYS软件对悬臂梁进行有限元模态分析,得到悬臂梁的固有频率和振型。求解悬臂梁横振动方程,得到悬臂梁横振动的固有频率及横振动的一般解。利用MATLAB软件画出其振型曲线,与ANSYS分析结果吻合极好,验证了用ANSYS软件进行模态分析的可靠性。     

支撑粱两端勾头的数控优化加工

随着数控加工技术的日益普及和不断发展,CAD/CAM软件的不断更新,加工各类曲面或复杂形面一直是多轴数控机床在编程及应用中的一项的关键技术。UG作为一款高端的CAD/CAM软件,在实际加工中有着广泛的应用。通过UGNX4.0的自动编程方式,在TK42200数控龙门铣镗床上加工"支撑梁"两端勾头的加工方案,该方案对其它复合形面的加工也有借鉴意义。     

含有末端质量的竖直梁压电俘能器参数共振及其特性研究

为了改善参数共振压电俘能器的俘能特性,提出在竖直梁的自由端固结一个质量块.利用拉格朗日方程和高斯定律建立了系统的机电耦合方程,并进行了数值仿真.仿真结果表明,梁从竖直的单稳态系统转变为屈曲的双稳态系统的临界末端质量Mc为0.0509 kg.当梁的阻尼比为0.05,末端质量从0增加到Mc时,参数共振激励阈值从47.5 m...     

一种弹性折叠压电悬臂梁的结构设计及发电特性研究

针对传统悬臂梁振动发电频带窄的问题,提出了一种弹性折叠梁结构。仿真分析了该结构的振动特性,探讨了结构参数变化对共振频率的影响,搭建了振动发电测试系统,通过实验验证了该结构的发电能力。实验结果表明,相较于传统悬臂梁,弹性折叠梁具有更低的共振频率,利用多个频率接近的模态可以显著拓宽频带宽度,在振动发电方面具有明显优势。     

基于ANSYS的定梁龙门机床横梁静力学特性分析及结构优化

横梁是龙门机床的主要承力部件,其结构和静、动态力学特性直接影响机床的加工精度。为分析其结构设计是否满足机床的精度要求,以及筋板结构和布局形式对其静态特性的影响,文中应用有限元分析方法,针对某型定梁龙门机床横梁进行静力学特性分析,计算了其最大静变形和最大静应力,分析了结构设计上的薄弱环节,然后对其内部筋板的结构和布局形式进行了优化设计和分析对比。结果表明,优化后横梁的静刚度提高了12.89%,最大静应力降低了18.01%,显著改善了横梁的静力学特性。