超声振动拉丝加工实验装置的测试与分析

在阻抗分析的基础上，应用压电加速度计、电荷放大器和动态信号分析仪对超声振动拉丝实验装置进行了振动测试和性能分析。     

施加反拉力复合超声振动拉丝的实验研究

为验证反拉力对超声振动拉丝的作用效果,研制了一套大功率复合超声振动拉丝实验系统,系统由超声波电源、换能器、变幅杆、传振杆等组成.按照是否施加反拉力2种情况,进行了复合超声振动在干摩擦下直接拉拔钛丝及钛合金丝的工艺和性能实验.利用扫描电镜对所拉拔的钛及钛合金丝材进行了表面质量观测,对比了施加反拉力前后所加工丝材的表面形貌.实验结果表明:当超声振动系统的功率和振幅足够时,可实现在干摩擦下直接拉拔钛及钛合金丝材.反拉力的施加可以提高丝材的表面工艺质量,降低断丝率和加工成本.验证了在拉丝过程中施加临界反拉力可以在保持拉拔应力基本不变的情况下,降低丝材表面摩擦应力的结论,探索了提高丝材表面工艺质量的途径.     

正交复合超声振动拉丝

为促进超声振动拉丝的实际应用,针对不同施振方式的作用效果,建立了一套正交复合超声振动拉丝实验系统,系统由超声波驱动器、超声振动系统、拉丝模和拉丝机等组成.利用有限元法对正交复合超声振动拉丝进行仿真模拟,分析超声振动拉丝的加工机理.通过对铜丝的一系列拉拔实验,考察了在实际拉丝加工过程中,纵向振动、横向振动和正交复合超声振动对拉拔力和丝表面质量的影响.实验结果表明:当振幅达到一定值后,正交复合超声振动的作用效果最好,能使拉丝机的张力调节周期有效延长3倍以上,减少了丝材的不均匀变形,使拉丝更趋于稳定;当拉拔速度为980 mm·s^-1时,可使拉拔力减小近10%,改善了丝材表面质量.     

不同截面形状悬臂梁双晶压电振子发电能力建模与实验研究

为了研究截面形状对悬臂梁双晶压电振子发电能力的影响,本文根据压电方程和热平衡原理分别建立了截面形状为矩形、梯形和三角形悬臂梁双晶压电振子压电发电的数学模型,对截面形状对压电梁发电能力的影响进行了数值模拟与有限元仿真分析,并进行了实验验证。研究结果表明,在相同压电材料体积下,三角形压电振子最大输出功率为4.5mW,约为矩形压电振子的3.3倍,三角形压电振子相比于矩形和梯形压电振子具有更大的发电能力,可有效提高有限体积下压电振子的输出特性。     

不对称悬臂梁压电发电装置的实验研究

为了解决电池为低功耗电子产品供能存在的诸多问题,研究了不对称悬臂梁压电发电机的发电性能,利用有限元方法分析了压电晶体重合度对压电振子输出电压的影响关系,得出了压电晶体最佳重合度并进行了实验验证.研究结果表明,不对称压电振子结构优于完成对称的压电振子结构,当压电晶体间重合度为0.2时,悬臂梁压电振子的输出电压最大,实验结果与有限元分析吻合.当压电振子在负载电阻为15 kΩ时,此时负载与压电振子内阻匹配良好,输出功率达到最大,(为6.8 mW),产生的能量能满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求.     

复合型悬臂梁压电振子振动模型及发电试验研究

单悬臂梁压电振子俘获环境中振动能时,对环境振动频率敏感且频带有限,在谐振频率与环境振动频率不匹配的情况下,会导致压电振子俘能效率低下。基于此,设计复合型悬臂梁压电振子并建立其振动模型,采用激光测振仪对复合型悬臂梁压电振子进行扫频测试。研究结果表明,复合型悬臂梁压电振子谐振频率范围为56～72Hz,与理论分析结果基本吻合,试验验证了理论模型的正确性。相比于单悬臂梁压电振子,复合型悬臂梁压电振子有效地拓宽了其谐振频带,易于实现与环境振动源振动频率匹配以提高压电发电效率。在此基础上,进行复合型悬臂梁压电发电装置的发电能力测试,在负载为820?,工作频率为60Hz时最大输出功率达到4.9mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能微电子产品的供能需求。     

电极配置对悬臂梁压电振子发电能力的影响

研究了带末端质量块的悬臂梁压电振子多模态振动时的应变分布特点,针对压电陶瓷表面电极配置对压电振子输出电压的影响关系进行压电-电路耦合有限元分析,并建立悬臂梁压电振子发电测试系统,对工作在一阶和二阶谐振频率附近处的压电振子分段电极和连续电极输出功率进行对比分析。研究结果表明,一阶谐振时分段电极的峰值输出功率与连续电极相接近,二阶谐振时分段电极的峰值输出功率增加了900%。相比于连续电极配置法,分段电极配置法可有效提高压电振子在高频振动时的发电能力。     

Cymbal压电发电机系统

建立了Cymbal压电发电机发电系统,设计了DC-DC型能量存储电路并进行了压电发电性能研究。同时实验研究了占空比、电感等参数对压电发电性能的影响。研究结果表明,占空比这个DC-DC电路中的重要参数存在一个最佳值,使得负载的输出功率达到最大。在一定范围内电感对负载输出电压的影响不大,但对输出功率的影响比较明显。当占空比为2%、电感为1.5 mH时,压电发电机最大输出功率可达到10.5 mW。由Cymbal压电发电机产生的电能能够满足微型机电系统、网络传感器等低耗能电子产品的供能需求。     

转台轴承轴向刚度研究

通过测定主轴系统共振频率的方法来进行控制的概念设计,并改进了转台主轴系统数学模型。对转台中环主轴施加轴向定位预紧力,通过脉冲激励法试验得到角接触球轴承的轴向刚度,试验结果与理论结果吻合较好,为转台研制中各轴系预紧量的控制提供了理论和实验依据。     

压电俘能技术研究现状综述

摘要：随着微电子、无线网络和MEMS等低耗能产品的应用日益广泛,以化学电池为其主要供能方式存在着诸多弊端,而压电俘能器具有结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染和易于实现机构的微小化、集成化等诸多优点,且能满足此类低耗能产品的供能需求而备受关注。综述了压电俘能技术的国内外研究现状。围绕提高压电俘能效率,从压电振子构成形式、能量存储电路和能量存储元件等方面进行了系统的介绍,并对压电俘能技术的发展方向进行了预测。压电俘能技术可应用于导弹引信,海啸预警、桥梁安全监测、石油输油管道监测等重要领域的安全检测装置的自供能系统中,同时也可为无线网络、嵌入式系统和MEMS等低耗能产品的实现无线供能,展现出了压电俘能技术的良好应用前景。