农业微驱动测控系统中三角位移放大机构固有特性研究

为研究农业微驱动测控系统中具有柔性铰链的三角放大机构的固有特性,分析铰链的主要结构参数对三角放大机构固有频率和等效刚度的影响。利用ANSYS软件计算和仿真研究了直圆柔性铰链条件下三角放大机构固有频率和等效刚度随铰链半径和厚度的变化规律。研究结果表明,柔性铰链厚度对固有频率和等效拉伸刚度的影响较大,柔性铰链半径对固有特性的影响较小,该研究结果为深入探索驱动器系统动力学模型奠定了基础。

基于放大机构的压电叠堆泵设计分析及试验

为了克服压电叠堆输出位移较小、对泵振子泵送能力弱的缺点,综合杠杆铰链与三角形铰链结构性能优点,提出基于放大机构的压电叠堆泵,分别开展理论放大倍数分析、ANSYS仿真分析、流固耦合分析及泵送性能试验测定研究.结果表明,压电叠堆泵仿真放大倍数约为20.3时,与理论计算值相对误差为11.7%;ANSYS仿真分析表明,泵振子的二阶频率对应的弯振为最佳振型,该振型对应的工作频率为1356.30 Hz,在该工作频率下对压电叠堆泵进行流固耦合分析,得出泵送流量为41.78 mL/min.在上述研究分析的基础上试制压电叠堆泵样机并进行泵送性能试验,发现在驱动电压50 V下,测得泵送流量为32.50 mL/min,仿真流量与试验流量相对误差为28.5%,进而分析了误差产生的原因,最大泵送压差值为13.7 mm.试验结果具有良好的稳定性,验证了仿真数据结果的可靠性,可为压电泵新型放大机构和压电叠堆驱动方式的进一步研究提供可靠参考.

基于三角位移放大机构的压电制动器研究

提出了一种应用于压电制动器的微位移放大机构,该机构以叠层压电陶瓷为驱动元件,通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构,放大叠层压电陶瓷的输出位移。分析了放大机构的运动及放大机理,建立了制动系统的力学模型,并利用ANSYS软件建立机构有限元模型进行仿真,在试制样机上对其输出特性进行了实验。实验测试结果表明,该机构对叠层压电陶瓷输出位移的放大倍数为3.2倍,与有限元仿真得到的放大倍数4倍相近,一阶固有频率为1 814Hz,最大输出力为44.1N(150V电压下),且该机构线性良好、分辨率高、迟滞效应较小。

基于三角原理的压电驱动微位移定位机构的设计与分析

设计了一种基于三角原理的精密柔性定位机构,机构由压电叠堆作为驱动元件,经由柔顺机构输出缩小的位移。首先说明了机构的设计原理,然后设计了柔顺机构的结构,进行了理论计算和有限元分析,最后在试制的样机上进行了静态特性的实验,结果表明该柔顺机构可以实现预期的运动。

应用于压电叠堆泵的微位移放大机构

提出了一种应用于压电叠堆泵的微位移放大机构,该机构以压电叠堆(积层式压电微位移器)为驱动元件,通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构,放大压电叠堆的输出位移。同时,设计、研制了实验装置,并在试制样机上对其静、动态特性进行了实验。实验测试结果表明:该机构对压电叠堆输出位移的放大倍数达到5倍,并且该机构具有线性良好、高分辨率、高频响应等特点。由有限元分析得到的固有频率达到了1.8 kHz,实际测量的固有频率为1.5 kHz。

菱形压电微位移放大机构的设计

为提高叠层压电陶瓷作动行程,并使之具有往复对称作动的特性,提出一种基于三角放大原理的菱形压电微位移放大机构。该机构以叠层压电陶瓷作为驱动元件,利用三角位移放大原理,在放大叠层压电陶瓷位移输出的同时,实现在平衡位置两侧的双向主动输出。提出了相应的驱动方法,实现了对该机构输出方向和大小的控制。分析了机构的工作原理,通过解析计算得到该机构的理论放大倍数为2.9,与所建立有限元模型通过仿真计算得到放大倍数2.5相近。制作了试验样机并进行了试验验证,结果显示:该机构在驱动电压为200V时最大输出位移为(32±16)μm,对叠层压电陶瓷位移输出的放大比例为2.4倍,与理论计算相近;频率响应试验表明信号频率对位移输出影响较小。提出的设计方案实现了位移放大和位移双向主动输出这两个预期目标。

基于压电双晶片驱动微位移放大机构设计

本文主要介绍了以压电双晶片驱动微位移放大机构的设计,该放大机构以三角放大机理构造的柔性铰链机构作为位移输出。并通过理论计算、建模以及有限元软件对微位移放大机构进行设计,最后制作了微位移放大机构的样机,并进行了实验测试。对得到的测试数据进行分析,结果表明:微位移放大机构的行程为0～77.8μm,放大倍数约为6.2倍。

单相电能表检测装置上应用双功率放大器的实践

文中介绍了一种单相电能表检验装置的实现原理,其中一般包含电流放大器,电压放大器,双路电流虚拟负荷电路,误差仪等核心部件。特别介绍了该单相检验中使用的大功率双电流功率放大器的工作原理。该双路电流放大器已经在90表位及以上的单相电能表检验装置上应用,大大提高了电流放大器的可靠性,多表位检验装置的在电力部门计量中心的应用,大大提高了客户的测试效率,也提高了经济效益。

应用于干涉显微镜的直线压电作动器

提出了应用于干涉显微镜焦距调节的直线压电叠堆作动器和微动台。介绍了基于三角位移放大原理的压电作动器结构设计,利用ANSYS的APDL语言实现了对作动器钢架结构的建模,并采用Optimus中自带的差分进化算法(DE)对其结构尺寸进行了优化。制作了实验样机,激光干涉实验表明:当驱动电压信号幅值为40～100V时,作动器位移放大倍数可以达到7。最后,将设计的直线作动器作为驱动核心安装在自行设计的微动台上,然后将组成的系统用于光学干涉显微镜。实验显示,整个系统在电压为24～40V,阶梯增量电压为0.8V时,步进分辨率可达23nm,满足干涉显微镜细分干涉条纹所需要的直线位移分辨率的要求。

箝位体刚度平衡对被动箝位压电驱动器性能的影响

基于前期研制的被动箝位直线压电驱动器,研究了带有三角放大结构的箝位体的刚度平衡对其有效输出位移和驱动器性能的影响。实验和有限元仿真分析显示:刚度不平衡时,箝位体结构产生的偏转位移会导致三角放大结构水平输出位移降低,箝位体对导轨放松程度较小,驱动器性能较低。文中提出用增加刚度平衡板的方法使箝位压电叠堆两侧等效拉伸刚度相等,并利用有限元仿真确定了刚度平衡板尺寸。实施上述方法后的实验结果表明:增加刚度平衡板后,箝位体水平运动位移增加,从而提高了箝位体动态响应频率和箝位体对导轨的释放程度,显著提高了驱动器性能。刚度平衡后,驱动器动态响应频率为450Hz,最大驱动力为7N,最大空载运行速度为1.49mm/s。

被动箝位大行程直线压电驱动器的设计

基于被动箝位和三角放大的工作原理,设计了一款单向直线压电驱动器。可以在断电状态下自锁,箝位体三角放大结构提高了箝位体压电叠堆的输出位移。实验验证了驱动器运行原理的可行性,并测试了驱动器空载特性和负载特性,以及通电和断电时箝位力的大小,分析了驱动力较小的影响因素。驱动电压为150V,驱动频率为50 Hz时,驱动器运行平稳,最大驱动力为2.1N,空载运行速度为0.38mm/s;驱动频率为70Hz时,运行速度最大,为0.43mm/s。

步进式压电作动器的结构设计

为了将压电作动器用于光学领域,设计了一种利用压电叠堆作为驱动元件的作动器,研究了压电叠堆作动器的步进特性。首先,说明了作动器的放大效应是基于三角放大原理;然后,通过ANSYS的APDL语言实现了对原三角结构尺寸的优化;最后,用激光干涉仪测得作动器的放大倍数可以到达7,并且通过加载阶梯电压,验证了其步进精度可达22nm,实现了纳米级的定位和工作,为该款作动器在高精度显微镜上的应用打下了基础。

压电驱动型电液伺服阀前置级驱动器实验研究

针对电液伺服阀电磁式前置级驱动器频响低的问题,提出了一种压电驱动型电液伺服阀前置级驱动器,该驱动器以压电叠堆(积层式压电微位移器)为驱动元件,通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构,放大压电叠堆的输出位移.同时,设计、研制了实验装置,并在试制样机上对其静、动态特性进行了实验.研究表明,该驱动器具有线性良好、高分辨率、高频响等特点,由有限元分析得到的固有频率达到了1 201kHz,实际测量的固有频率为1kHz.

新型双臂菱形压电柔性机构理论设计与建模

针对目前传统菱形位移放大机构的输出刚度、固有频率和位移放大比无法同时提高的问题,提出了一种双臂复合菱形柔性机构,并介绍了其理论设计与建模方法。基于欧拉-伯努利梁理论和卡氏第二定理,推导出双臂复合菱形柔性机构的位移放大比和刚度解析模型,利用拉格朗日方程建立了该柔性机构的固有频率解析模型,并通过商业有限元软件验证了解析模型的准确性。根据理论计算结果,通过电火花切割工艺加工出复合柔性机构,并与相同尺寸参数的传统菱形位移放大机构进行实验比较研究。实验结果表明,压电双层臂柔性机构的固有频率为1330Hz,位移放大比为4.2,同时提高了固有频率和放大比。此外,所建立的位移放大比和固有频率力学解析模型可以为新型压电柔性机构的优化设计提供理论指导。

Q235B螺旋钢管线膨胀系数的实验研究

介绍了测量螺旋钢管受热后微小伸长量的实验装置,钢管所用钢材为Q235B。用管径为DN300和DN400的钢管搭建试验台,进行了3次测试。得到以下结论:DN300和DN400螺旋钢管的线膨胀系数比其理论值分别减少了47.38%和51.19%;DN400的线膨胀系数比DN300的线膨胀系数小7.24%,表明线膨胀系数与管径有关。母材区和热影响区的组织均为铁素体和珠光体,但含量有所不同。焊缝区出现了魏氏组织。含量与成分的变化使钢的塑性和韧性有所降低,从而使得螺旋钢管线膨胀系数不同于钢材的线膨胀系数。

一种新型家居用电动打钉枪的设计

提出了一种全新结构的家居用电动打钉枪设计方案,主要由三音圈直线电机、三角放大机构、控制组件、机壳、钉夹五个部分组成一个系统,其中三角放大机构包括连杆组、双导柱结构、滚动组件。当按下工作开关后,三音圈直线电机开始工作,连杆组与三音圈直线电机和滚动组件相连,推动滚动组件沿着导柱做直线运动,撞针随着滚动组件的运动将钉夹内的钉顶出枪嘴,与此同时控制组件将电流电流反向,使三音圈直线电机产生反向运动的力,实现复位,最终完成一次打钉过程。所设计的电动打钉枪具有推力大、精度高、寿命长、方便携带的优点。

基于三角原理的压电驱动微位移定位机构的设计与分析

设计了一种基于三角原理的精密柔性定位机构,机构由压电叠堆作为驱动元件,经由柔顺机构输出缩小的位移。进行了理论计算和有限元分析并在样机上进行了静态特性的实验,结果表明该柔顺机构可以实现预期的运动。