新型二维压电移动机构

采用双压电晶片振子为移动机构的驱动源,提出可以实现二维平面移动的新型压电驱动机构。分析了压电驱动机构的工作特点,探讨了实现驱动运动的工作机理。指出该机构是通过控制机构驱动"足"产生的驱动力和接触面之间的摩擦力之差实现机构的定向运动的。设计研制了新型二维压电移动机构的载物工作台实验装置,并进行了实验研究。实验证明该装置可以实现沿规定方向的运动,并可以通过电路设计进行控制,且具有一定的承载能力。

压电型精密位移驱动器的研究进展

把压电型精密驱动器按技术特点分为直动式、步进式/蠕动式和惯性式三类,列举了各类中的国内外典型机构,分析各类驱动机构的工作原理、优势、缺点、适用场合及研究的活跃点,对进一步研究多自由度精密位移驱动器具有指导意义。

压电薄膜型精密运动平台研究

提出了一种利用双压电晶片驱动小型平台的研究方案，该平台可实现水平面内的两自由度精密运动。在对粘滑型运动机构的工作原理进行分析的基础上，建立了压电式粘滑机构的动力学模型并进行了仿真分析，设计研制了试验样机，并从运动性能和承载能力两个方面对样机进行了实验研究。实验结果表明，设计的压电薄膜型精密运动平台结构简单、体积小、质量轻、步距稳定且行程大．电压低于30V驱动时，步距误差不超过0．5μm，承载能力约为自身质量的7～8倍。

面向介观尺度制造的螺杆型压电作动器

提出一种可应用于介观尺度零件精密加工进给的螺杆型直线压电作动器,该作动器定子与转子通过精密螺旋副相啮合.首先,建立了该直线压电作动器定子的有限元计算模型;然后,运用ANSYS软件进行了模态分析和谐响应分析,讨论了结构参数对定子谐振频率及振幅的影响,得出了一般规律;最后,根据定子优化设计结果制作了实验样机和专用驱动电源.实验结果表明:该作动器具有较好的输出性能,在电压峰峰值为300 V、驱动频率为16kHz的情况下,其最大空载速度为24 mm/s,最大输出力为6 N,基本可以满足介观尺度对象车铣复合加工对于驱动力和进给速度的要求.

基于压电驱动的螺纹式直线电机

提出一种基于压电驱动的螺纹式直线电机。电机由弹性体振子、圆筒、精密螺母和螺杆等构成,结构简单紧凑。电机定子由两只兰杰文振子激励,在圆筒内表面形成周向行波,驱动与螺母啮合的精密螺杆转动,从而实现螺杆的轴向直线运动。通过分析螺纹电机的驱动机理,推导定子圆筒表面质点运动轨迹的椭圆方程,建立了定子的有限元模型,并对定子结构进行了模态分析。根据分析结果,设计制作了样机,并搭建了试验装置,对其输出性能进行了测试,验证了所提方案的可行性。

两端固定双晶片变形特性的实验研究

为利用压电双晶片构造高位移分辨力的小型运动装置，实验测试了8种不同厚度组合的接收型双晶片在两端固定条件下的变形特性．样片为矩形，尺寸70mm×20mm．组建了专门的测试系统，手工变换悬挂载荷后，由计算机控制自动逐级加载电压和记录数据，分别测试了负载特性、滞环特性、蠕变特性、重复特性等．实验结果表明：负载特性曲线初始段较软，负载超过某一临界点后变硬；相同电压下，金属层加厚变形减小，压电层加厚变形增大；四层压电片的复合晶片是双晶片输出推力的1．5—2倍；滞环分布范围与压电叠堆相似，在8％～16％之间；同等“伸长”条件下，两端固定双晶片的蠕变量小于叠堆．双晶片（d31）在两端固定条件下，其中心部位的变形特性和压电叠堆（d33）端部的变形特性具有可比性，可以满足亚微米级精度的定位／驱动场合对力和变形的要求．

微操作中球基对象的近场声悬浮与旋转驱动研究

针对微操作中圆球类对象的悬浮与操纵问题,从推导圆球的超声波近场声悬浮高度公式入手,确定了影响悬浮高度的主要因素。制作了带有凹球面工具端的专用换能器,实现了圆球的近场声悬浮。进而构建偏心式气动驱动系统,进行了转速与气压、偏心距、悬浮高度及扰动关系的实验。结果表明:出气孔气压是影响转速的主要因素,而偏心距对转速的影响较小;随着悬浮圆球转速增加,悬浮高度降低,扰动加大。

V型双振子螺杆式直线压电作动器研究

提出一种V型双振子螺杆式直线压电作动器,该作动器由定子圆筒、精密螺母、螺杆及2个弹性体振子构成。利用2个弹性体振子弯曲振动产生的对称模态和反对称模态,激励圆筒端面质点作椭圆轨迹运动,通过螺母和螺杆间的摩擦耦合驱动螺杆作轴向直线运动。利用有限元分析,设计制作了试验样机,并对其主要输出性能进行了实验测试。在电压峰-峰值为300V条件下,样机稳定工作频率为9.7kHz,无负载最大转速为57.7r/min,最大输出力为2.3N。

以独立思考能力为核心的机械专业人才培养模式探索

针对毕业生自信心不足问题,修订培养方案,逐渐增加学生课外自主学习时间,尽量多地以案例、论文、报告等形式呈现学习成果,让学生在文献利用过程中反复训练独立思考能力,在整合大量信息的基础上形成独立的问题分析能力。针对实践能力培养不足问题,以独立学院机械专业本科生为研究及实施对象,提出以“4C×4P”为主线的全素质链培养模式,通过学生知识结构的完善、实践能力的提高、工程素养的形成,实现教育对人的价值。

螺旋驱动杆式行波型超声电机

设计了一种螺旋驱动杆式行波型超声电机,初步分析了其驱动机理。推导了螺纹牙型角与定子长度以及转子直径三者之间的关系,并以提高螺纹驱动效率为目标函数,确定了电机主要结构尺寸,优化了用于放大振幅的定子凹槽结构。加工制作了样机,并搭建了试验装置,测试了电机的主要性能参数。试验表明:电机实际工作频率为24.5kHz,与仿真结果基本一致;调节相差可实现正反转控制,启停灵敏;在220V驱动电压下,电机最大空载转速为40r/min,堵转轴向力为1.7N。

一种经济型快速成形系统的构成及分析

针对快速成形(RP)技术昂贵的研究和使用成本限制了该技术在我国推广应用的问题,从中小企业的实际技术条件出发,分析论证了以数控机床或加工中心等数控设备为基础构成经济型快速成形系统的可行性和现实意义。

双弯曲管式螺杆型压电作动器

提出一种基于压电金属复合梁双向弯曲振动的螺杆型作动器,其压电换能器中每一个压电片都工作在Kt模态。首先,以细直梁在空间的一阶弯曲振型为基础确定了作动器结构形式;其次,对定子材料、结构参数与固有频率及端面振幅的关系进行了有限元分析,其中特别讨论了材料的参数E/ρ对一阶固有频率的影响规律;然后,根据分析结果确定了作动器结构尺寸,并试制了样机;最后,测试了样机的主要输出特性。结果表明,作动器的最佳激振频率约为15.8k Hz,启停时间在20 ms左右;在300 V驱动电压下,作动器最大空载速度为1.146 mm/s,最大轴向力为2.5 N。

多腔体串联电流变阀的设计与特性

设计出一种多腔体串联结构的电流变阀,该阀设有若干个带有集散式轴流孔的平行电极,腔体高度和数量可调,从而可满足较大范围的调速要求。推导了电流变阀压差公式,明确了压差与场强、流量和腔体高度的关系。利用Fluent软件仿真分析了电流变阀的流体压力分布情况和流动情况。设计制作了电流变阀的系列样机,进行了验证试验和对比试验。结果表明:圆板式电流变阀腔体高度在1 mm以下性能较好;串联结构能有效提高电流变阀对压差和流量的连续调节能力。

压电驱动精密直线步进电机研究

提出一种新型的定子主动箝位方式压电精密直线步进电机,解决了压电驱动电机箝位不牢固、步进频率较低、行程小、速度低等问题。研制的精密电机能够实现高频率(100Hz),高速度(30mm/min),大行程(>20mm),高精度,大驱动力(100N)等特点,大幅度提高了压电型步进电机的驱动性能。研制的该步进电机在精密运动、微操作、光学工程、精密定位等精密工程中具有一定的应用价值。

直角柔性铰链的力学特性

为了深入分析精密传动用柔性铰链的机械性能,在研究常用结构形式柔性铰链力学特性的基础上,对变形敏感的直角柔性铰链的力学特性进行了分析.建立了直角柔性铰链空间力学模型,推导了空间刚度矩阵表达式.在此基础上,从柔性铰链基本结构尺寸等方面研究了影响柔性铰链刚度性能的因素,研究发现影响柔性铰链变形性能的刚度系数与柔性铰链几何尺寸参数和构成柔性铰链材料的弹性模量密切相关.研究表明,当柔性铰链的有效长度增加或材料的弹性模量降低时,其各方面的刚度系数均有不同程度的降低.研究工作对深入分析柔性铰链力学特性、优化设计压电驱动器结构,提高其综合性能具有一定的意义.

有阀压电薄膜泵性能研究

分析了腔体容积和阀的结构对压电泵最佳工作频率的影响 ,提出了小腔体、复合阀结构的压电薄膜泵设计观点。实验结果表明 ,采用较小的腔体体积 (腔体压缩比足够大 )和复合阀结构 ,可使压电泵最佳工作频率增加 ,同时使压电泵具有较强的自吸能力和抗气泡干扰能力。在无负载时对应流量的最佳工作频率为 5 0 Hz,随负载增加相应减小 ;对应输出压力的最佳工作频率为 2 0 Hz。在输入电压 80 V、工作频率 2 0 Hz时 ,压电泵最大自吸压力为 2 .5 k Pa,在输出压力小于 3.0 k Pa时 。

压电型步进精密旋转驱动器

提出了一种将压电叠堆驱动元件应用到精密旋转驱动器上的研究方案。在对驱动器机械结构及旋转运动工作原理进行分析的基础上,建立了以压电叠堆为驱动元件的旋转驱动数学模型,采用有限元分析软件对机械结构进行了分析,并从旋转运动分辨率、运动稳定性等方面对所设计加工的样机进行了实验研究。实验结果表明设计的结构具有分辨率高、行程大和运行稳定等优点,克服了目前精密驱动机构存在的位移最小分辨率和大行程共存性不好的问题。

尺蠖型压电直线驱动器的动态特性

分析了尺蠖型压电直线驱动器的结构原理,建立了驱动器系统动力学模型。对驱动器定子进行了模态分析,并对分析结果进行了评价。对设计开发的驱动器样机输出特性进行了试验测试,实验测得驱动器单步输出位移稳定可靠,100 V驱动电压下,单步输出位移为9.8μm。对驱动器直线动子的速度、加速度特性进行了测试,依据速度、加速度信号进一步分析了驱动器的动态响应特性。实验结果表明,所开发的驱动器具有动态特性好、运动稳定等优点。

压电双晶片型惯性冲击式旋转精密驱动器研究

研制了一种以自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片为驱动单元的新型惯性冲击式旋转精密驱动器。对自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片的动态特性进行了有限元法和实验分析,提出了压电双晶片型惯性冲击式精密驱动器特定的定频调压驱动方法。对压电双晶片型惯性冲击式旋转精密驱动器进行了性能测试,驱动器旋转行程为180°、旋转步长分辨力为1μrad、最大转速为0.2rad/min、最大扭矩为0.02Nm。该驱动器结构简单,特别是成本为传统惯性冲击式驱动器的1/100左右。

以“C4+P4”为核心的独立院校实践能力培养

独立院校在人才培养过程中存在"重理论轻实践"、"重形式轻结果"等问题,导致学生实践能力差、工程创新能力弱,学生的工程素质与企业需求难以无缝对接。论文以机械设计制造及其自动化专业为例,探索以工程实践能力培养、实践平台构建为核心的工程技术人才培养模式。在制图能力不断线、计算机能力不断线、设计能力不断线和制造能力不断线的C4实践能力培养基础之上,构建实践教学、专业实践、科研实践及产业实践的P4实践平台体系,通过C4与P4的有效融合,全面提升人才的工程实践技能和创新思维能力。培养模式通过4年的应用,学生的实践能力、工程思维能力明显提高,就业能力显著增强,学校人才培养模式得到企业认可。