某平推式桥梁展开工况下模态分析与试验研究

为了研究桥梁架设中的振动问题,以一种平推式桥为研究对象,针对桥架设过程中最危险的展开桥工况,建立了展开桥的柔性多体动力学模型,并进行了模态计算和试验研究。结果表明:1阶振动的计算值为0.5447 Hz,实测值为0.5072 Hz,振型为横向弯曲,试验结果与模态计算值接近,最大误差为6.8%,验证了有限元模型的准确性;在展开桥工况下,结构自振频率梯度明显,识别度高。

基于柔性铰链结构的大口径压电快摆镜

为了解决压电作动器驱动的快速反射镜因压电作动器伸长量较小,导致快速反射镜偏转角过小的问题,该文提出了一款新型快速反射镜设计方案。采用三级杠杆式柔性铰链放大机构实现压电作动器位移的放大,采用柔性轴承作为快摆镜的运动关节实现快摆镜的大角度定轴偏转。通过理论推导和有限元仿真对快摆镜的最大偏转角度、等效应力、谐振频率以及振型进行分析。实验结果表明,所设计的快摆镜可以实现大于2 mrad的镜面偏转,满足大范围、高精度的光束定位要求。

基于压电电机的光学稳像平台

结合压电电机响应快,定位精度高及控制性能好的特点,设计了一款基于压电电机的光学稳像运动平台。利用COMSOL对电机定子进行有限元仿真,分析了定子的工作原理及响应特性。通过实验测得电机的最佳工作频率及预压力,并分析了响应速度与激励电压、工作频率、预压力之间的关系。采用多种控制方法进行定位测试,利用PID加步进的复合控制模式,实现了误差250 nm内的较高精度定位控制。

面内模态直线型超声电机的优化设计

利用矩形薄板面内2个不同模态作为工作模态的直线型超声电机,其频率一致性和压电单元的布置方式以及激励方式对电机的性能和效率有重要的影响。该文根据电机定子的位移振型和应变振型详细分析了压电陶瓷的布置方式和激励方式,并利用参数化有限元方法(finite element method,FEM)对定子结构进行优化设计。设计制作的样机,两相工作模态频率差为270Hz,在电压峰峰值为350V、驱动频率为44.16kHz、预压力为50N的情况下,电机最大空载速度为100mm/s,最大输出力为3N。

一种轮式直线型超声电机

利用非统一截面梁在正交方向上的2个6阶弯曲振动模态作为工作模态,设计了一种新型直线超声电机,对其驱动机理进行详细的分析,推导出定子表面质点的运动轨迹。同时,对定子的夹持和预压力施加方案进行了设计。设计加工的电机定子直径为20mm,长109mm,重230g。在驱动电压峰峰值为300V,驱动频率为32kHz时,电机最高速度达到433mm/s,最大推力为18N,推重比达到了7.9:1。

TWO DOF POSITIONING STAGE USING LINEAR ULTRASONIC MOTORS

A two degrees of freedom （DOF） positioning stage using novel linear ultrasonic motors is presented. The stage mainly consists of two linear ultrasonic motors, linear guides and tables. It can realize the long stroke and reversible controlled motion in two directions. The wheel-shape linear ultrasonic motor applied in the stage utilizes two fourth-bending modes of non-uniform beam in orthogonal directions. Quick response, no backlash, high resolution, power-off self-braking, and long stroke are the attractive characteristics of the linear positioning stage. Experimental results show that z and y-direction tables can reach the destination without overshoot and the error is less than 2μm by using two linear encoders with a resolution of 1 μm. In the open-loop mode, the positioning stage achieves 1μm resolution at 0. 25 ms driving time.

V形大推力直线型超声电机的运动机理分析

随着超声电机应用的进一步深入,在工业机器人、航空航天等应用领域,需要一种具有较大输出力的直线型超声电机。因此,如何提高直线型超声电机的输出力成为超声电机研究者所关心的课题,国内外很多学者都曾致力于大输出力的直线型超声电机的研究,以进一步扩大其应用领域。目前,国内外的研究多集中于电机内部结构的各种改进方案上。1999年,日本学者Kurosawa提出了一种可用于直线型超声电机的高速、大推力压电振子,该振子利用面外振动模态工作。加上动子,即可构成直线型超声电机,它具有结构简单,输出速度和力较大的特点。该文采用运动矢量分析法,对该种电机的运动机理进行分析,并在此基础上设计制作了样机,该样机的最大速度可达0.9 m/s,最大推力可达20 N。

黏滑驱动式小型精密运动平台

为满足微纳操作系统对精密驱动技术的需求,本文提出了一种基于黏滑原理的小型精密运动平台。该平台将柔性铰链、惯性质量块以及弹性元件结合为独立的定子基座,并与压电叠堆、陶瓷球固连为定子,安装在平台基座底部,通过螺钉调节弹性元件端部垂直方向的位置,就可以改变定子与移动台间的预压力,进而获得最佳的驱动力。为研究黏滑驱动的运动机理,分析各参数对平台运动的影响,进行了力学建模;而摩擦力作为黏滑驱动的关键因素,为了能准确地表达黏滑驱动的摩擦机理,在力学建模中引入了LuGre摩擦模型,并利用Matlab/Simulink软件进行了仿真分析。设计加工的黏滑驱动平台的整体尺寸为40mm×40mm×18mm,质量为32g。试验表明:该平台最小可实现10nm的运动步长,速度最高可达2.5mm/s,行程为22mm。

轮式直线型超声电机定子的动态设计和分析

利用非统一截面梁在正交方向上的2个同形弯曲振动模态作为工作模态,设计了一种新型直线超声电机。基于有限元理论叙述了该定子的动态设计过程,对定子驱动足位置、压电陶瓷安装位置和定子的不同夹持方式进行了仿真计算,分析了不同阶次弯曲振动模态作为定子工作模态的优缺点以及不同支撑方式对定子振动模态的影响。制造了一台原理性样机,样机定子直径为10 mm,长为55 mm,重为30 g。在驱动电压峰峰值为200 V,驱动频率为49.52 kHz,摩擦副为陶瓷摩擦材料对不锈钢的情况下,电机空载速度为374 mm/s,最大推力为13 N,推重比达到了43∶1。

蝶形直线超声电机优化设计

为了有效和快速地实现直线型超声电机的设计,提出了一种基于响应面法的直线超声电机优化设计方法并应用于蝶形直线型超声电机。响应面法是一种试验设计与数理统计相结合的优化方法。首先,利用有限元法建立定子的参数化模型并选定设计变量;其次,利用试验设计方法在变量空间里选取样本点,对各个样本点所对应的结构利用APDL建立有限元模型并进行模态分析和谐响应分析,得到对应各样本点的响应值,利用这些样本点和响应值建立定子响应面近似模型;最后,利用单纯形法找到最佳的设计方案。优化结果显示,蝶形直线超声电机的多方面设计要求都得以实现。

拉压负载下的大推力压电直线作动器

为解决压电直线作动器在受到拉力和压力负载时的驱动问题,本文提出了一种双向压电直线作动器。该作动器主要采用双向螺旋箝位原理,实现双向大推力作动。结构上,将两个压电叠堆对称布局,梯形丝杠螺母组成螺旋箝位,匹配二者驱动时序实现压力和拉力下的驱动。为研究双向尺蠖驱动机理,设计了双向螺旋箝位机构和作动器总体结构;而螺旋箝位作为尺蠖驱动的关键因素,为了准确地表达箝位的可靠性,研究了力矩电机与柔性联轴器及压电叠堆的匹配关系,并通过ANSYS软件对箝位功能进行了仿真分析。设计加工的样机机身总长为233mm,最大外径为63mm,质量为1.1kg。搭建样机的测试系统,试验表明:该作动器的最大输出力可达190N,最高速度可达2.58mm/s,行程为60mm。

压电作动磁共振兼容手术机器人的研究进展

磁共振兼容手术机器人及其驱动技术是医疗器械研究领域的热点和前沿。该文对磁共振兼容手术机器人及其驱动技术的研究现状进行综述。首先,介绍磁共振成像技术的特征,然后,阐述磁共振兼容手术机器人的研究进展,比较磁共振兼容手术机器人不同驱动方式的特性,其次,重点介绍了压电作动器驱动的磁共振兼容手术机器人的研究现状,讨论磁共振兼容压电作动器的研究进展,最后,指出磁共振兼容压电作动手术机器人存在的问题和未来的研究方向。

单相激励旋转步进超声电机原理

提出了一种单相激励的旋转步进超声电机并阐述了其结构与工作原理。该电机采用同一种工作方式实现驱动和定位,避免了现有自校正步进超声电机失步或多步的问题,并解决了现有自校正步进超声电机的定、转子摩擦界面难以设计的问题,具有开环控制下无累积误差的特点。利用有限元仿真方法对定子结构进行了设计,制作的原理样机实验中未发现错步现象,其堵转力矩、步距角和单步运行最大误差分别为0.003 2 N.m,7.5°和0.6°。

面向智能制造的柴油机数字化车间构建与实施

数字化车间技术是数字化、自动化、物联网技术(IoT)在制造业车间的典型应用,它将柔性制造技术与工艺设计系统、智能识别技术、生产组织系统以及其他管理系统的信息进行高度集成,构成具有综合信息流及自动化性质的集成制造系统。本文结合国内柴油发动机行业智能制造生产线建设的先进经验,研究了面向智能制造的柴油发动机数字化车间建设的基本需求、总体框架和构建策略。采用柴油发动机企业的实际项目案例说明了研究内容,并结合已经建成的数字化车间对其效率进行分析和对比,以及针对现有生产线数字化建设中存在的问题提出了进一步优化的思路和方法。

面向生产车间的实时监控系统设计

针对离散车间的生产特点及柴油发动机数字化车间在实时监控方面比较落后的问题,对离散车间实时监控现状及某离散企业车间数据采集类型的分析,并对面向柴油机生产的实时监控系统进行了设计。通过设计柴油机车间实时监控系统的总体架构、数据采集方案、数据采集网络及软件管理系统,实现了柴油机生产车间整体实时通讯及人员、设备、物料、测量等生产要素的实时监控,有助于企业管理层实时、准确、可视化的监控生产车间。经过某柴油机企业项目实践,验证了设计的合理性与有效性。

一种新型面内模态直线超声电机的驱动机理及试验研究

利用一阶纵振和二阶弯振作为工作模态,设计了一种新型直线超声电机。分析了其工作原理,并利用有限元软件对电机的定子进行了动力学分析,详述了椭圆运动的形成过程。对样机进行了实验研究,在驱动频率为55 kHz在驱动频率为55 kHz,驱动电压峰峰值为400 V,预压力为24 N时,电机的最大空载速度为100 mm/s,电机的最大推力为2.5 N,推重比达到了14:1,最大效率达8%。

研究生创新思维的培养方法

本文论述了创新思维的内涵与特征,分析了创新思维的培育环境,提出了研究生导师在研究生指导过程中对研究生创新思维的培育方法。

基于响应面模型与自适应遗传算法的中空型行波超声电机柔性转子结构优化

中空型行波超声电机柔性转子由于结构复杂,因此存在设计空间较小、转子与定子接触界面接触不均匀、转子变形后内应力较大等问题。该文首先利用有限元方法建立转子尺寸参数化有限元模型;然后用拉丁超立方(LatinHypercube)随机抽样法,在设计空间内建立响应面模型;最后,利用自适应遗传优化算法(self-adaptive genetic algorithm,SAGA)基于响应面模型得到设计空间内的全局最优解。为了验证优化结果的合理性,设计了定子外径为ф70 mm,陶瓷片内外径尺寸分别为ф55 mm和ф70 mm的超声电机配合该文设计的转子进行磨合实验。实验证明,经过优化设计得到的转子与定子之间接触更均匀,转子变形后内应力减小,转子变形空间更大。

高速大推力直线型超声电机的设计与实验研究

提出并试制了一种利用2个纵向振子的直线型超声电机。电机定子上两振子对称分布,头部分别和前端盖联接在一起,2个驱动足位于前端盖上。利用定子的对称和反对称振动模态,在驱动足上形成椭圆振动轨迹。对称振动产生驱动推力,反对称振动产生法向压力。采用有限元方法进行了谐振频率对结构参数的灵敏度分析,确定结构参数使定子的两相谐振频率一致。为了获得高速和大推力,驱动头选用硬铝材料,后端盖选用黄铜,压紧螺栓选用镀铬高强度钢材料。在预压力为70N下,样机的空载速度0.75m/s,最大推力16N,是定子重量的22倍。

直线超声电机驱动精密二维定位平台系统

针对当前精密作动技术领域对精密定位系统提出越来越高的要求，设计了一种由蝶形直线超声电机驱动的二维精密定位平台系统。该定位平台系统行程为50mm×50mm，以直线型增量光栅编码器作为位置反馈元件，通过上位机编程实现运动控制卡对精密定位平台系统进行控制。为了实现直线超声电机的驱动，设计了一种新型直线超声电机驱动器，实现驱动电压和驱动频率的独立控制。在控制过程中，通过使用复合控制技术，同时结合直线超声电机具有高分辨率步进的控制特性，最终使系统达到高精度运动的控制效果。实验结果表明，在0～50mm行程内，实现了小于0．28μm的定位精度。