新型压电单振子移动机构的试验研究

提出通过改变压电移动机构和接触面之间正压力的方法,改变机构不同方向的摩擦力,使机构沿规定方向运动的惯性冲击式压电移动机构的工作机理,设计并研制了试验装置,并进行了试验研究,试验表明,机构在方波这种对称信号的激励下就能够实现可控的正向直线运动。

基于惯性冲击原理的变摩擦式微位移机构的运动特性

提出了利用正弦波信号驱动压电双晶片振子，应用惯性冲击力实现机构微小位移的技术方案，建立了机构运动的数学模型。设计了斜面结构，使正弦波作用产生的周期性惯性冲击力形成竖直作用于微位移驱动机构的分量，通过改变正压力调整摩擦阻力的大小，并推导了Qu〈QD〈Fx的微位移机构运动条件。对微位移机构的速度-频率、速度-电压和位移特性进行了试验，结果表明：变摩擦式微位移机构样机能实现较稳定的正向运动，电压一定且频率为30～38Hz时，运动速度随频率的增加而稳定增加；频率一定时，运动速度随电压增加而稳定增加；在35Hz、90V的正弦波激励下，样机平均步长达到2μm，速度达到1mm／s。

压电双晶片型2自由度精密驱动器的动态特性

研制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2自由度精密驱动器。建立基于Karnopp摩擦模型的驱动器动力学模型,对驱动器动态特性进行仿真分析和试验对比研究。提出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．仿真分析结果和试验结果吻合较好,表明该动力学模型符合驱动器的动态特性,可用于对压电双晶片型惯性冲击式2自由度精密驱动器的理论分析。

齿轮传动的线外啮合与冲击摩擦

通过齿轮传动线外啮合机理分析,提出沿啮合作用线方向构建'系统等效误差-轮齿综合变形'计算模型的方法。按统计规律将齿轮主要误差项沿啮合线一次合成为系统等效误差;根据啮合原理和'轮齿综合变形-载荷历程'曲线,反推出线外啮入冲击点的轮齿变形。将系统误差与轮齿变形沿啮合线二次合成,推导出线外啮入冲击点几何位置判据。获得啮入点的几何位置和冲击力这一关键数据,并求解出线外啮合段各点的几何位置和冲击力。进而建立线外啮入冲击摩擦模型,推导出各接触点的冲击摩擦力与摩擦因数。与相关研究比较,以上模型和计算方法及其分析结果比较可靠。上述研究对于深入探索齿面摩擦性态和齿轮传动减振降噪等具有一定的理论价值。

新型冲击驱动器及其在扫描隧道显微镜中的应用

提出了一种基于压电陶瓷的新型冲击式微位移驱动器,该驱动器利用摩擦力和惯性原理使目标产生步进式的微位移。其特点是最小位移可达几纳米,并在几纳米至几微米之间连续可调,运动范围几乎不受限制,具有实用的运动速度,系统结构简单,操作与控制方便,因而可能在微纳米技术中得到广泛应用。阐述了该驱动器的工作原理和机构设计,给出了它在扫描隧道显微镜中用于探针—样品间的自动定位控制的应用实例,得到了理想的结果。

基于ADAMS的垂直摇臂式喷头多体动力学建模与优化

以Nelson SR100型垂直摇臂式喷头为对象,针对现有垂直摇臂式喷头动力学性能的研究存在忽略摩擦因素、过于简化模型等问题,基于虚拟样机软件ADAMS建立了垂直摇臂式喷头的动力学仿真模型,综合考虑摇臂与转轴、喷管与水管密封等部位实际的摩擦情况,以试验数据确定各部件之间的实际摩擦因数。针对垂直摇臂式喷头的垂直上下摆动、水平左右步进旋转这两个主要动作,运用STEP函数构建一个完整周期非自由与自由运动时间段内喷头导流器所受水平与垂直力的模拟函数进行动力学仿真。最后通过换向仿真,模拟实际摇臂在换向过程中,摆动杆对限位板的接触碰撞力的大小。以接触碰撞力最大值最小为目标函数,对上述接触碰撞力最大值进行优化,将影响换向顺利程度的换向杆长度等因素作为约束条件,优化后的最大碰撞力较优化前减少了55.9%。其动力学仿真结果可以为垂直摇臂式喷头的结构强度分析与疲劳寿命优化等相关动力特性的进一步分析及喷头动力学特性的设计提供基础。

惯性冲击驱动管内移动机器人设计(英文)

设计了一种以压电双层膜为基本结构,通过惯性冲击原理达到运动驱动目的的管内移动机器人。该机器人主要由一个典型的压电双层膜结构和惯性质量串联构成。工作时,压电双层膜的变形由惯性冲击转化为整体结构的直线位移。从理论上分析了惯性冲击原理的核心问题:惯性冲击力与管壁和机器人之间摩擦力的关系,并通过MATLAB和AN-SYS等软件对整个系统的动态响应做了仿真。相关的验证表明,所设计的管内移动机器人运动步长可以达到0.15μm,具有精密运动和高效率的优点,可以在工业中广泛应用。

压电双晶片型旋转精密驱动器动态特性和控制

提出了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冲击式旋转精密驱动器.制作了驱动器样机,建立了基于Lugre摩擦模型的驱动器动力学模型.对驱动器动态特性进行了仿真分析和实验对比研究.根据驱动器的动态特性,提出了冲击式压电双晶片型精密驱动器特定的定频调压控制方法.仿真分析结果和实验结果吻合较好,表明该动力学模型符合驱动器的动态特性,可用于对冲击式压电双晶片型旋转精密驱动器的理论分析.

一种微小物体精密定位的直线微工作台(英文)

提出了一种基于平滑冲击驱动原理的精密定位直线微工作台.通过采用微小强磁铁作为摩擦元件,减小了由摩擦元件磨损而产生的摩擦力的变化,从而提高了微工作台的稳定性.设计制作了微工作台样机,并对精密定位工作台的动态特性和静态特性进行了实验研究.结果表明,微工作台体积小(20 mm×10 mm×3 mm),可实现6 nm的精确定位,最高驱动速度可达5.4 mm/s,最大行程可达20 mm.

直升机超临界尾轴限幅减振器安装位置研究

为了使限幅减振器对传动轴跨1阶及2阶临界转速均起到较好的减振作用,研究了限幅减振器安装位置对传动轴与限幅减振器系统非线性动力学的影响。首先基于Timoshenko梁和非线性碰摩理论建立了传动轴与限幅减振器系统的非线性有限元动力学模型,通过数值计算得到了系统响应。对传动轴典型跨临界过程及安装位置对减振效果的影响进行了分析。结果表明:一个典型的传动轴跨临界过程可以分为4个阶段,分别为无碰摩、拟周期碰摩、同频全周碰摩,最后回到无碰摩阶段。将减振器安装在中间节点只能有效抑制传动轴跨1阶临界转速的振动,而安装在1/4节点及3/8节点处能同时减弱跨1阶及2阶临界转速的振动,但安装在3/8节点处有可能使传动轴无法正常工作。