非对称夹持的裂纹悬臂梁振动响应分析

以悬臂梁为研究对象。基于ANSYS软件建立了带有单边裂纹和非对称夹持的悬臂梁有限元模型,分析了悬臂梁在偏移边界与裂纹耦合作用下的振动响应,揭示了系统振动与悬臂梁边界偏移量和单边裂纹之间的对应关系。研究结果表明:在给定裂纹深度、位置以及偏移边界的前提下,当裂纹位于下方时,随着边界偏移量的增加,振动响应中的二倍频幅值出现先减小后增大的趋势,由于偏移边界会改变梁的刚度,其振动响应结果类似于单边上裂纹,当偏移边界处于特定点时,其导致的类上裂纹效果和下裂纹在结构上达到对称,此时系统二倍频消失,且偏移边界离此特定点越远,系统的非线性越强;当裂纹位于上方时,随着边界偏移量的增加,振动响应中的二倍频幅值出现不断增大的趋势,这也是由于偏移边界导致的类上裂纹效果和上裂纹处于同侧增强了系统非线性造成的。

非对称夹持惯性压电旋转驱动器

以惯性压电旋转驱动器为研究对象,提出一种新型非对称夹持惯性压电旋转驱动器的研究方案。该驱动器以压电双晶片振子为驱动元件,采用对称方波电信号为激励信号。通过特殊设计的非对称夹持结构,惯性压电旋转驱动器可产生明显的惯性驱动力差,实现单向旋转动运动。建立基于Lugre摩擦模型的压电旋转驱动器动力学仿真模型,对压电旋转驱动器动态特性进行仿真分析,进一步设计研制非对称夹持惯性压电旋转驱动器样机,进行试验研究,试验证明研制的样机可以实现大行程(360°)、高分辨率(2μrad)、高旋转步长(146.36μrad)的稳定转动。仿真分析和试验研究结果吻合较好,表明研制的非对称夹持惯性压电旋转驱动器具有定向驱动作用。

变正压力非对称夹持惯性压电旋转驱动器

设计了以非对称机械夹持压电双晶片振子为驱动元件,支撑面之间正压力可以改变的非对称夹持惯性压电旋转驱动器。分析了该驱动器的运动机理,建立了非对称夹持压电双晶片振子的仿真分析模型,研制了实验装置,并采用ANSYS仿真分析和试验测试对比的方式,探讨了非对称夹持压电双晶片振子在对称方波激励电信号作用下的瞬态加速度响应情况。仿真分析和试验测试结果表明,在对称方波激励电信号作用下,非对称夹持压电双晶片振子具有较好的惯性冲击特性。试验研究了变正压力非对称夹持惯性压电旋转驱动器在不同旋转角度和激励电信号频率条件下的工作性能,结果表明:在夹持差为4mm,激励电信号电压为30V,激励电信号频率为5Hz,压电振子与接触平面之间夹角为50°时,研制的压电旋转驱动器能够明显减少惯性压电旋转驱动器回退的现象,可实现稳定单向旋转。

具有偏置结构的非对称惯性压电旋转驱动器

为改善惯性压电驱动器输出性能,提出了一种新型具有偏置结构的非对称惯性压电旋转驱动器。在非对称夹持的基础上,定义了一种偏置结构。为了解偏置结构对驱动器输出性能的影响,建立了机构的力学模型方程,推导并仿真分析了驱动器的动力学特性。设计、制作了试验样机,搭建了试验系统;进行了试验测试并与无偏置结构驱动器进行了性能对比。结果表明:偏置距离为15mm时,驱动器输出步距角速度最大。与无偏置结构驱动器相比,驱动电压为100V、23Hz时,驱动器输出最大角速度从3.48rad/s增加至5.39rad/s,增幅达54.88%,驱动器最大驱动力矩从2.41N·mm增加至3.62N·mm,增幅达50.2%;驱动电压为100V,4Hz时,驱动器稳定运行时的承载量达1 300g。理论与试验结果表明,提出的有偏置结构的驱动器具有输出步距角速度和驱动力矩更大的特点。

伸缩式对称夹具的设计

伸缩式对称夹具可以夹持不同类型不同厚度的工件,工件的厚度变化不会影响工件固定后的中心线。并且该夹具的夹持头可以缩回夹具架,该夹具还具有安装空间小,夹持力大等优点。

具有“前进-前进”运动模式的惯性压电驱动器

针对传统压电惯性驱动器普遍存在的回退问题,创造性地提出双振子反向连接的接线方式,在此基础上设计了一种惯性压电直线驱动器。基于这种接线方式,可以使驱动器工作在“前进-前进”运动模式,从原理上彻底消除回退现象。首先,为了更好地理解驱动器的运动特性,深入分析了反接条件下的驱动器的运动原理并初步建立了理论模型。接下来,本文设计并制作了试验样机,搭建了试验系统,进行了一系列试验探究该驱动器在正接(传统的接线方式)、反接(所提出的接线方式)两种接线方式下的运动性能。此外,为了评估驱动器的应用价值,利用斑马鱼胚胎进行了细胞药物注射模拟实验。试验结果表明:相较于“前进-回退”的运动模式,在“前进-前进”的运动模式下,驱动器可以实现无回退,能量转换效率从2.16%提高至2.60%,运动速度从6.08μm/s增大至7.88μm/s,最大偏差为0.12μm,标准偏差为0.0356。所设计的驱动器具有较高的稳定性和能量转换效率,并且完全解决了回退问题,有望用于细胞操作和微电极植入等领域。

磁流变液控制式惯性压电旋转驱动器

为改善惯性压电驱动器的输出性能,提高驱动器的稳定性,本文提出了一种利用压电惯性驱动与磁流变液控制共同作用,将固体-固体摩擦转换为固体-液体/固体-类固体摩擦形成定向运动的新型磁流变液控制式惯性压电旋转驱动器。分析了压电旋转驱动器的工作机理,设计制作了试验样机,搭建了试验系统并与机械控制式压电惯性驱动器进行了回退率、线性度、重复性对比试验测试。结果显示在1 Hz,15 V方波信号激励下,驱动器平均角位移为0.46 mrad;磁流变液控制式驱动器回退率为5.6%,机械控制式驱动器回退率为72.2%;磁流变液控制式十步位移线性度决定系数为0.998,残差平方和为15.359;机械控制式决定系数为0.985,残差平方和为20.872;磁流变液控制式和机械控制式重复标准差分别为0.136,0.475。试验结果表明,磁流变液控制式惯性压电旋转驱动器回退性能、线性度、重复性均优于机械控制式压电驱动器。