弯振复合型单足压电驱动器设计

为获得实用的小型压电驱动器,选择梁的三阶弯振作为压电驱动器的振动模态,并通过有限元法对压电驱动器进行了设计与分析.通过模态分析,确定压电驱动器的结构参数;对压电驱动器进行了电学特性仿真分析,研究其导纳特性,并获得其理论机械品质因数与机电耦合系数.制作了压电驱动器样机,进行了阻抗特性测试.最后,对压电驱动器进行了机械输出特性测试.实验结果表明,所设计的压电驱动器最高速度可达735mm/s,最大输出推力为1.1N.

质量偏心对碰摩转子弯振和扭振特性的影响

摘要:针对两端刚性支承的Jeffcott转子,建立了碰摩转子的非线性弯扭耦合振动微分方程。以质量偏心为控制参数,分别对碰摩转子的弯振和扭振特性进行了数值仿真分析。结果证明:质量偏心对转子弯振和扭振特性影响非常明显,质量偏心越大,转子运动越复杂。当质量偏心较小时,碰摩转子主要出现1/2X、1/3X、1/4X和1/5X等分频振动,当质量偏心较大时,碰摩转子将出现拟周期和混沌运动。同时,弯振和扭振分叉图可分为四个运动区,质量偏心对这四个运动区的影响各不相同。文中也揭示了弯振与扭振间的相互作用关系,发现:扭振不但具有与弯振基本相似的运动特征,而且有抑制转子弯振复杂运动的能力。这些振动特征为碰摩转子的状态识别与诊断提供了一条新思路。

弯扭耦合的旋转机械轴系弯振特性的研究

随着旋转机械在役运行时间的增加,转子部分多数会有质量偏心现象出现。这使得转子轴系的扭转振动与弯曲振动的耦合作用明显增强。在已有耦合振动方程基础上,采用有限差分、Newmark积分法求得动力响应,以300 MW汽轮发电机组为研究对象,将其模化为多支承分布质量模型,采用FFT、STFT和wavelet多种方法分析它在简谐衰减、非同期并列两种典型工况激励下以及不同偏心函数、弯扭下的弯振特性。分析结果为研究旋转机械复杂转子系统耦合振动中弯振特性的定量、定性分析提供了依据。

弯振复合型超声驱动器振动特性研究

为了避免模态复合型超声驱动器中普遍存在的频率简并问题,提出了一种新型的弯振复合型超声驱动器。该驱动器采用压电金属复合梁两个正交弯振模态的复合在两个驱动足处激励出椭圆轨迹振动。对该驱动器的振动特性进行深入研究,旨在获得驱动区域质点的真实运动轨迹。首先,建立了矩形截面梁在弯振复合模态下末端区域质点振动轨迹的数学模型;然后,借助有限元瞬态分析,对驱动足振动轨迹进行仿真,实现对所建立振动轨迹数学模型的验证。振动轨迹方程和仿真结果均表明:两个驱动足表面质点振动轨迹均为三维的椭圆,垂直于驱动器轴线的平面内的椭圆振动更适合用于致动输出。最后,分析了该驱动器存在的不足之处,提出了一种改进方案,采用对称设置压电陶瓷片实现两个驱动足振动特性的一致;通过瞬态分析在两个驱动足处得到了一致的振动轨迹,改进的样机实现了输出特性的显著提高。

基于夹心弯振换能器的双向驻波超声波直线电动机

一种利用夹心式弯振换能器的激励弯曲驻波的驻波超声波直线电动机。运用振动理论分析了电机的致动原理,通过激励两种不同谐振频率的弯曲驻波,并结合驱动齿的合理分布,可实现双向运动。采用有限元法确定其具体结构尺寸,验证了各驱动齿端部振动轨迹为倾向一致的斜线。制作了样机并测定了其机械输出特性。

某风洞动力轴系弯扭耦合的弯振特性研究

风洞动力轴系的运行品质对风洞的效率和性能有决定性的影响,随着轴系在役运行时间的增加,转动部分多数会有质量偏心现象出现,这使得轴系的扭转振动与弯曲振动的耦合作用明显增强。以某风洞动力轴系为研究对象,在已有耦合振动方程基础上,采用有限差分、New mark积分法求得动力响应,并将其模化为多支承分布质量模型,分析它在简谐衰减、非同期并列两种典型工况激励下的弯振特性。分析结果为研究某风洞动力轴系耦合振动中弯振特性的定量、定性分析提供了依据。

微尺度CSP焊点弯振耦合应力应变分析与优化

建立了微尺度芯片尺寸封装(chip scale package,CSP)焊点三维有限元模型,对其进行了弯振复合加载应力应变仿真分析。分析了焊点材料、焊点直径、焊点高度和焊盘直径对微尺度CSP焊点弯振耦合应力应变的影响;选取焊点直径、焊点高度和焊盘直径为设计变量,设计了17组不同水平组合的焊点模型并获取了相应焊点最大弯振耦合应力,采用响应曲面法建立了焊点弯振耦合应力与焊点结构参数的回归方程,结合粒子群算法对焊点结构参数进行了优化。结果表明:焊点材料为SAC387时弯振耦合应力最大,最大弯振耦合应力应变随焊点高度和焊盘直径增大而减小、随焊点直径增大而增大;最优焊点结构参数水平组合为焊点直径0.18 mm、焊点高度0.16 mm和焊盘直径0.15 mm;优化后CSP焊点最大弯振耦合应力下降了8.49%。

基于叶片弯振后风轮尾迹流动及气动噪声研究

基于动网格技术,通过编写UDF代码成功实现了叶片的一阶弯振及一二阶叠加弯振。数值模拟过程中,采用大涡模拟(LES)分析刚性叶片与低阶弯振后风轮近尾迹速度与涡量特征。运用FW-H方程,以风轮表面为声源面,通过选取不同测试线上的监测点分析叶片不同运动状态下辐射声频谱及声压级变化。研究结果表明:施加振动后,在0.71R处出现轴向速度亏损,且在叶尖位置亏损最大;振动风轮整体噪声增大。文章通过研究模拟振动风轮的尾迹流动和噪声分析,为实际运行的风力机产生的气动噪声及声辐射传播特性提供一定参考。

弯振模态板状直线超声电机的研究

通过改进直线超声电机的驱动足、夹持等结构形式,提高了电机的输出特性。设计了一款新型直线电机,电机由对称分布的板状振子和具有柔性的驱动足组成。通过ANSYS软件建立了电机有限元模型并分析电机工作模态,根据模态一致性原则设计电机尺寸;利用板状结构的弯振模态,降低了驱动频率,提高了输出效率;电机驱动足具有一定的柔性,在夹持组件作用下实现预压力的施加。最后对样机开展实验研究,结果表明,电机定子模态测试数据与仿真分析结论吻合,工作频率为27.5kHz,附近无干扰模态,相位差为90°,工作时发热较少;最大输出力为44N;双向驱动速度一致性良好,其中最大输出速度为267mm/s。

简支条件下三叠片复合弯振换能器振动特性研究

采用瑞利法对简支边界条件下三叠片圆盘弯振换能器进行理论研究,并推导其谐振频率及有效机电耦合系数,通过数值计算分析了谐振频率及有效机电耦合系数随换能器各尺寸参数的变化规律,结果表明换能器结构参数对谐振频率和有效机电耦合系数有很大影响,谐振频率随换能器各尺寸参数的增大而增大,在其它尺寸一定的情况下有效机电耦合系数随着金属片厚度,都有一个最大值,也为三叠片弯曲振动换能器的进一步广泛应用提供理论支持。

双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统设计

由于旋转超声单一振动模式加工效率提升有限,因此采用超声振动激励源耦合法设计了一种双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统。推导弯曲波动方程,计算的弯曲超声振动系统参数与仿真结果的理论分析误差仅为5%。耦合双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统2个不同方向的振动,控制弯振频率偏差低于1%。对超声刀柄的法兰位置与形状进行有限元分析发现,开设减振槽有利于增大弯振振幅,并确定了法兰的最佳位置。对双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统的振动频率和振幅进行测试,结果表明:所设计系统在工作频率和2个方向的振幅均满足设计预期。

悬索桥竖弯涡振MTMD减振控制效果和参数优化研究

为研究多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Damper,MTMD)抑制桥梁单阶涡振的性能,建立桥梁结构-MTMD系统竖弯涡振广义单自由度动力方程,以某大跨度悬索桥为背景进行MTMD减振控制效果和参数优化分析。采用数值方法求解动力方程,获得系统在简谐涡激力下达到稳态谐振时结构的动力放大系数和MTMD对结构的附加模态阻尼比,并与单一频率调谐质量阻尼器(Single Tuned Mass Damper,STMD)的减振控制效果进行对比,然后以附加模态阻尼比为目标对MTMD进行参数优化。结果表明:MTMD比最优参数STMD拥有更宽的控制频带和更好的减振效果,经优化后的MTMD减振性能优于最优参数STMD。实际应用MTMD时,应选择较大广义质量、5~7种频率规格,并根据二者找到无量纲频率范围和各TMD阻尼比的惟一最优取值。

汽轮机长叶片弯曲与轴系扭转耦合振动研究

为了研究汽轮机轴系扭转振动过程中长叶片弯振与轴扭振之间的耦合影响,参考某汽轮机轴系以及末级叶片的结构和材料数据,分别建立了3种有限元模型:叶-盘模型、简化轴系模型和带一级末级叶栅的叶-轴耦合模型,分析了这3种模型在静止和工作转速下的模态振动特征.结果表明:在叶-轴耦合模型中存在叶片模态、轴振模态和耦合模态3种不同的振动模态,这些模态体现了叶片弯振对轴系扭振的影响;受轴系扭振影响,叶-轴耦合模型中叶片的振动特性与叶-盘模型中相比存在一定的差别,但这种差别并不显著;从叶片安全角度考虑,设计时应同时考虑叶片静频和动频,并以叶片振动特性为基础,着重考虑叶-轴耦合时的振动特性,以避开工频波动可能带来的危害.

压电双叠片复合弯曲振动换能器辐射声场研究

采用瑞利法对固定边界条件下双叠片复合弯振换能器进行理论研究,在计算谐振频率及位移分布函数的基础上,利用声场迭加原理推导出双叠片复合弯曲振动换能器辐射声压及其指向性表达式,数值计算分析了复合换能器结构参数对指向性的影响,并与相应活塞板指向性进行比较。结果表明,复合弯曲换能器各结构参数对声场指向性会产生不同影响,当其他参数给定,其声场指向性具有无旁瓣,瓣角大,声压作用距离短,频率增大时指向性瓣角变小等特点。

考虑各板面内剪切影响的箱梁竖向纯弯自振特性分析

为了方便研究考虑各板面内剪切影响的箱梁竖向纯弯曲自振频率,基于单位力法,结合箱梁弯曲剪应力的分布特点,推导出适用于箱梁各板面内的剪切影响系数表达式。以剪切影响系数为基础,利用哈密顿原理,导出考虑剪切及转动惯量影响的箱梁弯曲自振频率控制微分方程。采用分离变量法,结合边界条件给出了简支箱梁弯曲自振频率表达式。在该剪切影响系数的基础上,结合梁段单元刚度矩阵,编制了MATLAB程序用于分析考虑各板面内剪切影响的箱梁弯曲自振特性。数值算例表明:以本文程序计算的箱梁弯曲自振频率及振型与ANSYS空间有限元结果吻合较好;剪切变形对箱梁自振频率的影响随着频率阶数的增高而增大。参数分析表明,梁高对频率影响较大,当计入剪切影响时,转动惯量对箱梁弯曲自振频率的影响可忽略。

基于多策略数学算法的弯振复合型超声驱动器振动控制模型研究

弯振复合型超声驱动器在手动静态饱和应力作用下产生振动,为了提高驱动器的振动控制能力,提出基于多策略数学算法的弯振复合型超声驱动器振动控制模型。采用线性自抗扰控制的方法建立弯振复合型超声驱动器的动力学和运动学模型,采用传感信息检测方法实现对弯振复合型超声驱动器的振动参数检测,对提取的驱动器振动参数信息采用多策略数学算法进行特征提取和动态反馈跟踪测量,通过求解运动学规划模型,采用自主反馈动态调节实现对弯振复合型超声驱动器的振动误差补偿,通过静态抗饱和的误差反馈补偿方法实现弯振复合型超声驱动器振动优化控制。仿真结果表明,采用该方法进行弯振复合型超声驱动器振动控制的稳态性较好,抗振性能较好,提高了驱动器的输出平稳性和鲁棒性。

H-结构薄板纵弯复合模态驱动的压电直线电机

为高性能压电直线电机设计奠定基础,推出基于H型振子的直线电机并利用该振子两纵向杆面内一阶纵振与二阶弯振驱动电机。研究电机的驱动机理并从理论上阐释振子纵杆驱动端质点的椭圆运动形成过程;建立振子有限元模型并对其工作模态、灵敏度、谐响应进行分析;优化振子结构尺寸,完成电机装配结构设计并制作出振子、电机实物;对振子进行模态试验,结果显示该振子不仅具有预设的工作模态,且在正常激励条件下,驱动端纵、弯振幅值分别可达1.2μm,1.4μm。研究表明,该电机有望产生较大速度与动力。

纵振换能器式圆筒型超声电机振动特性的研究

以纵振夹心换能器式圆筒型超声电机为研究对象,对换能器的振动状态进行了分析,给出了换能器弯曲振动的产生原因;研究了耦生弯振对电机机电耦合系数以及圆筒中弯振行波质量所带来的影响,耦生弯振的存在使得定子模态特征频率偏离换能器谐振频率,并使得定子圆筒中的弯振行波产生了畸变。最后,提出一种采用换能器弯振激励圆筒径向弯振的模态组合方式。

内燃机曲轴振动研究的内容及方法

简单综述了内燃机曲轴扭振。

动力传动系统振动特性对车内噪声影响分析

动力传动系统弯振与扭振是引起诸多后驱汽车车内轰鸣声的共性问题。某前置后驱柴油机汽车在全油门加速工况时,动力传动系统的多个耦合弯振频率及其3阶扭振造成车内多个转速下的噪声峰值。通过进行动力传动系统扭振计算分析与弯扭振试验研究,采用减小动力传动系统激励源与改变该系统弯扭刚度的方法,解决了由于动力传动系统弯扭振动特性引发的NVH问题。