新型阀用超磁致伸缩致动器结构设计与实验研究

为减小阀用超磁致伸缩致动器的体积,提出一种新型超磁致伸缩致动器,设计了其关键部件,最后通过实验分析了其静、动态特性.该新型超磁致伸缩致动器采用非磁性不锈钢套筒安装超磁致伸缩筒料和棒料的结构进行位移传递.设计了以碟簧为核心的预压机构、超磁致伸缩棒料和筒料、位移传递套筒、驱动线圈等超磁致伸缩致动器关键部件.实验表明,该致动器在工作区段最大输出位移可达100 μm,且在低频驱动(0 ～200 Hz)下动态特性良好.该新型超磁致伸缩致动器可以在保证与传统超磁致伸缩致动器低频输出特性基本一致的前提下减小了自身体积.     

超磁致伸缩致动器抑制车削加工颤振实验研究

切削颤振会降低加工质量与切削效率,降低刀具、机床的使用寿命,超磁致伸缩致动器是利用稀土-铁超磁致伸缩材料Terfenol-D在外加磁场作用下发生形变这一特性,实现电磁能向机械能转换的一种新型转换器。笔者建立以超磁致伸缩致动器为执行元件的微位移刀架切削系统,通过给微位移刀架加振动切削信号,实验研究抑制切削颤振。     

超磁致伸缩致动器能量损耗特性分析

提出了超磁致伸缩棒内部平均磁场计算方法,结合动态J-A模型以及线圈阻抗公式得到了超磁致伸缩致动器的能耗特性。分析了超磁致伸缩棒能耗、线圈能耗以及超磁致伸缩致动器总能耗随频率的变化趋势。分析结果表明,超磁致伸缩棒以及线圈能耗均随着频率的增大而增大,而且超磁致伸缩棒能耗占超磁致伸缩致动器总能耗的比例会随着频率的增大而增大。计算了油冷条件下超磁致伸缩棒的表面温度,计算结果与实验结果较为吻合,证明了能耗模型的正确性。分析过程及方法为超磁致伸缩致动器的设计和控制提供了有益的参考。     

电控喷油器用超磁致伸缩致动器发展现状

电控喷油器用致动器的性能,对喷油器喷油特性以及发动机工作性能具有重大影响。探讨了应用超磁致伸缩材料作为换能元件的超磁致伸缩致动器在电控喷油器中的应用现状。首先,介绍了超磁致伸缩致动器的发展背景;其次,简要介绍了超磁致伸缩材料的作用机理、优良特性以及超磁致伸缩致动器的结构原理;然后,将电控喷油器按照致动器通电工作方式、驱动方式的不同进行分类,系统梳理了超磁致伸缩致动器应用于电控喷油器的研究现状;最后,展望了电控喷油器用致动器的发展方向。     

超磁致伸缩微致动器的磁场有限元分析

作为超精密隔振系统的核心部件，超磁致伸缩微致动器的工作性能直接影响隔振精度。在建立超磁致伸缩微致动器的轴对称模型的基础上．利用有限元方法对致动器的磁场进行分析，并通过数值积分方法计算在不同励磁电流下超磁致伸缩棒的伸长量，根据计算结果对致动器的线性工作范围作出了有效的估计。     

稀土超磁致微致动器驱动电源实验研究

介绍了稀土超磁致伸缩微致动器的结构、工作原理，给出了基于功率MOSFET管的超磁致伸缩执行器驱动电源的电路，实验表明该驱动电源可以满足微致动器的工作需要。     

强干扰条件下超磁致伸缩致动器的模糊滑模动态控制

针对强干扰条件下,超磁致伸缩致动器位移动态控制存在的不足,建立了强干扰下超磁致伸缩致动器动态线性化模型,设计了基于模糊切换增益调节的滑模控制器,实现了致动器的动态跟踪控制。提出的模糊滑模控制器能有效实现了致动器的动态控制,位移跟踪误差在5%以内,取得了良好的控制效果。     

基于超磁致伸缩致动器的振动切削研究

振动切削作为一种新型的切削方法,改变了切削机理,减小了切削力、切削热,提高了加工表面质量和加工效率.超磁致伸缩致动器的二维微进给刀架具有体积小、驱动力大、输出位移精确、频率响应快等优点,在振动切削上的应用前景广阔.文中对振动切削进行了力学分析,介绍了超磁致伸缩刀架的结构和控制方式,并实验验证了低频振动切削相对于普通切削的优势,初步探讨了超磁致伸缩致动器在振动切削中的应用.     

基于圆形膜片柔性结构的超磁致伸缩执行器的研究

分析了超磁致伸缩材料的工作机理及特性，介绍了超磁致伸缩微位移驱动系统的组成原理和微位移执行器的结构。在此基础上，提出一种元摩擦和无爬行现象的圆形膜片柔性结构作为微位移执行器的力和位移的传递机构，建立其简化的力学模型，并采用弹性力学和有限元的方法对其力学性能进行了理论分析。实验结果表明，基于圆形膜片柔性结构的超磁致伸缩微位移执动器具有结构紧凑、重复精度高、输出位移大（可达40um）的优点。     

超磁致伸缩致动器的小脑神经网络前馈逆补偿-模糊PID控制

针对超磁致伸缩致动器(GMA)在精密致动控制中存在的迟滞和位移非线性,提出了小脑神经网络(CMAC)前馈逆补偿结合模糊PID控制的新策略。通过小脑神经网络(CMAC)学习获得超磁致伸缩致动器动态逆模型用于对超磁致伸缩致动器迟滞非线性进行补偿;利用模糊PID控制降低小脑神经网络(CMAC)学习时的误差和抑制扰动,提高系统的跟踪控制性能,从而实现超磁致伸缩致动器的精密致动控制。仿真和实验结果表明:所采用的控制策略有效地消除了迟滞非线性的影响,系统的跟踪误差降低到了5%以下,而位移跟踪误差均方差仅为0.58。此外,这种策略的特点是学习和控制同时进行,控制系统能够适应被控对象动态特性的变化,使系统具有较强的鲁棒性,同时也能够有效地抑制外界的干扰,提升系统的自适应控制性能。     

具有三层结构的SU-8胶V形微电热驱动器

为解决SU-8胶微电热驱动器在工作过程中存在平面外运动的问题,提出了一种具有铜-SU-8胶-铜三层对称结构的新型SU-8胶V形微电热驱动器.采用刚度矩阵方法建立了包含被驱动结构刚度的微电热驱动器力学模型,并针对一种柔性微夹钳,利用该模型对微电热驱动器进行了几何参数设计.利用Ansys仿真软件对所设计微驱动器进行了分析,仿真结果验证了所建模型的合理性.提出了一种新的MEMS加工工艺来制作三层结构微电热驱动器,并测试了它的性能.结果表明,实验结果与仿真结果相差不大,在150mV驱动电压下,所设计微驱动器温度仅升高约32.93℃,并对微夹钳产生约2.5 μm的输入位移,使微夹钳产生126μm的钳口距离改变量.微驱动器仅消耗大约30.35 mW的功率,钳口的平面外运动小于500 nm.最后,利用微电热驱动器驱动的微夹钳成功地对一个长1.2 mm,宽135μm,厚50μm的SU-8胶材料微型零件进行了微操作实验,实验证明了微驱动器实际性能基本满足设计要求.     

一种被动缓冲型腿机构及其缓冲特性分析

针对隔离着地冲击的需要,为步行机器人设计了一种由连杆、线性拉伸弹簧和线性阻尼器构成的被动缓冲型腿机构,根据该机构的几何关系导出其等效刚度,并且给出了机构个别参数对刚度的影响。利用数据拟合将该等效刚度分段表示为三次非线性刚度和线性刚度;然后利用数值方法得到了缓冲过程的位移响应和加速度响应;最后分别比较了具有分段非线性刚度、三次非线性刚度和线性刚度的腿机构缓冲系数。结果表明,在最优阻尼比的情况下,具有分段非线性刚度的腿机构能够获得最小的缓冲系数,从而为实现步行机器人的快速步行和控制提供了理论依据。     

二维微执行器几何非线性拓扑优化设计与试验

多自由度柔顺机构在微动精密定位和精密操作等领域有广泛的应用,并且柔顺机构拓扑优化后所得机构都是锯齿状跳跃边界的几何图像,不能直接应用于工程实际,因而对多自由度柔顺机构拓扑优化、提取与试验研究就显得十分必要。基于此,以二维微执行器为例,进行多自由度柔顺机构几何非线性拓扑优化、拓扑图提取与试验研究。首先,给出了考虑耦合抑制输出的多输入多输出柔顺机构几何非线性拓扑优化数学模型及优化算法。其次,针对柔顺机构性能特点,给出了一种拓扑提取方法。提取过程包括灰度图像二值化、密度等值线方法边界近似和曲线重构三个部分。最后,以二维微执行器为基础,采用线切割加工工艺,研制了二维微执行器原型,并对其位移性能进行了试验测试,结果表明,该二维微执行器试验结果与理论分析结果基本吻合,达到了设计要求,同时也验证了所提方法的有效性。     

转子系统变刚度主动控制的非线性特性的研究

采用变支承刚度方法控制转子系统的振动，并用渐近法分析在了启动和制动过程中转子系统变刚度的非线性特性。研究认为在控制过程中支承刚度的变化是随时间慢变的，且无论支承刚度如何变化，都可以近似地看成是分段线性的非线性过程，仿真结果与实验结果均为表明，选择适当的变刚度速度可以有效地抑制转子的振动。     

基于有限元的亚微米级微进给装置性能分析与设计

介绍了一种新型的液压式微进给装置.在模型简化的基础上,给出进给装置结构设计公式.利用有限元软件ANSYS对结构变形进行分析,并在此基础上设计了微进给装置,对其特性进行了分析.分析表明进给装置能够同时满足输出与输入是线性关系,刚度高等特点.     

PMN-PZT多层厚膜微致动器的制作与分析

研制了一种用于计算机磁头精确定位的"U"形压电微致动器。该致动器由流延法在不锈钢(SUS304)基体上制备镁铌酸铅一锆钛酸铅(PMN-PZT)多层膜,并由丝网印刷工艺制作Ag／Pd内电极。在此基础上,在多普勒干涉仪(LDV)上对封装了压电元件的"U"形微致动器进行了测试。结果表明,该致动器具有优异的位移／电压灵敏度、谐振频率等特点。此外,有限元仿真进一步验证了多层结构的压电元件可以有效地提高压电微致动器的驱动能力。     

Study on dynamic of giant magnetostrictive material transducer with spring of nonlinear stiffness

To study the dynamics of giant magnetostrictive material (GMM) transducer, its model was developed, according to the dynamic experiment results of GMM and the influence of unsymmetrical piece-wise linear stiffness of the prepressing spring. Based on the one degree of freedom its vibration model of a GMM transducer, unsymmetrical piecewise linear nonlinear characteristic of pre-pressing spring was investigated. The first order harmonic motion component of the GMM transducer was obtained by the analysis of KBM method. By the numerical simulation the complicated bifurcation and chaos behavior of the nonlinear vibration system were founded, which should to be taken account of in the design of GMM transducer.     

摩擦式双级分段变刚度汽车双质量飞轮设计理论研究及应用

提出基于摩擦的双级分段变刚度汽车双质量飞轮的设计理论,实现了兼顾低转速、低转矩小扭转角下具有小刚度的柔性和大扭转角时具有高反抗转矩和大刚度的设计要求。分析所提出的摩擦式双级分段变刚度双质量飞轮结构及工作原理;对所能实现的二级过载保护的结构实现进行剖析;导出摩擦式双级分段变刚度双质量飞轮转矩特性的数学力学模型;试验表明,转矩特性的测试结果与所构建模型的仿真分析基本一致;研究扭转刚度对传动系一、二阶共振转速的影响;将利用摩擦实现增大转矩和过载保护的理念引入双质量飞轮的设计,为高性能双质量飞轮产品的开发提供了设计思路,揭示出引入摩擦的双级分段变刚度双质量飞轮减振器优良减震的内在本质。     

Heat transfer in a micro-actuator operated by radiometric phenomena

The heat transfer characteristics of rarefied flows in a micro-actuator are studied numerically The effect of Knudseti number (Kn) on the heat transfer of the micro-actuator flows is also examined The (Kn) based on gas density and characteristic dimension is varied from nearcontinuum to highly rarefied conditions Direct simulation Monte Carlo calculations have been performed to estimate the performance of the micro-actuator. The results show that the magnitude of the temperature jump at the wall increases withKn Also, the heat transfer to the isothermal wall is found to increase significantly withKn     

带迟滞非线性环节二元机翼的气动弹性响应分析

基于Theodorsen非定常气动力理论,采用Roger拟合得到时域气动力表达式;针对二元机翼俯仰自由度带有迟滞非线性环节的情况,采用分段线性方式,建立了二元机翼气动弹性系统无量纲运动方程。通过数值仿真得到了系统极限环振动响应的时间历程和相轨迹,并与带中心间隙型非线性刚度环节二元机翼的气动弹性响应特性进行了比较;结果表明在一定的来流速度下,二元机翼俯仰自由度具有的迟滞特性会导致整个系统的极限环振动;最后用描述函数法给出了迟滞非线性环节的等效刚度及等效阻尼表达式,并进行了具有迟滞非线性环节二元机翼气动弹性系统颤振边界的等效线化分析,与直接数值仿真的计算结果吻合较好。