基于流固耦合作用的压电液压振动俘能器

提出一种基于流固耦合作用的压电液压振动俘能器来实现低频、高强度振动能量回收.介绍了浮能器的系统构成及工作原理并进行了理论及试验研究.理论分析结果表明,压电液压俘能器的性能是由环境振动频率/振动强度、液压缸/压电振子的结构性能参数、流体容积/特性以及系统背压(蓄能器预置压力)等多种要素共同决定的,仅当各要素配置合理时才能实现压电液压俘能器的预期功能.采用外径为60 mm、厚度为0.9 mm的双晶压电振子及外径为16 cm,长度为100 cm液压缸制作了试验样机,并以水为工作介质进行了不同频率/背压/激振器振幅条件下的试验测试.试验结果表明,存在最佳工作频率(8Hz)使压电液压俘能器输出电压最大,且输出电压随系统背压及液压缸振幅的增加而增加.其它条件不变时,0.4 MPa背压下的输出电压是背压0.2 MPa时的1.65倍.     

一种新型大推力直线压电作动器

设计了一种新型大推力直线压电作动器,采用螺旋箝位的方式实现对压电叠堆微小位移的累积输出,实现了大推力和长行程。对该种作动器的驱动机理和作动器设计过程中的关键技术问题进行了详细的分析,包括力矩电机的转速设计、上下柔性联轴器的扭转刚度设计、螺母和丝杠之间相关机械参数的设计以及对所选压电叠堆进行性能测试并选择其最佳工作频段。原理样机长为140mm,最大直径为45mm,重量为0.7kg,行程为40mm。在力矩电机转速为300r/min,压电堆驱动频率为100Hz时,作动器的最大输出力可达130N。     

一种新型大推力直线压电作动器

设计了一种新型大推力直线压电作动器,采用螺旋箝位的方式实现对压电叠堆微小位移的累积输出,实现了大推力和长行程。对该种作动器的驱动机理和作动器设计过程中的关键技术问题进行了详细的分析,包括力矩电机的转速设计、上下柔性联轴器的扭转刚度设计、螺母和丝杠之间相关机械参数的设计以及对所选压电叠堆进行性能测试并选择其最佳工作频段。原理样机长为140 mm,最大直径为45mm,重量为0.7 kg,行程为40 mm。在力矩电机转速为300 r／min,压电堆驱动频率为100 Hz时,作动器的最大输出力可达130 N。     

微型液压泵和液压马达

Bedford 液压件有限公司开发了一个全新的微型液压泵/马达系列。最小泵的外形尺寸仅为41×41mm,长57mm,传动功率185W。同样的驱动功率,液压马达的体积一般为电动机的7%。这种泵/马达在起动、停车及低速运转条件下还具有理想的力矩特     

拉压负载下的大推力压电直线作动器

为解决压电直线作动器在受到拉力和压力负载时的驱动问题,本文提出了一种双向压电直线作动器。该作动器主要采用双向螺旋箝位原理,实现双向大推力作动。结构上,将两个压电叠堆对称布局,梯形丝杠螺母组成螺旋箝位,匹配二者驱动时序实现压力和拉力下的驱动。为研究双向尺蠖驱动机理,设计了双向螺旋箝位机构和作动器总体结构;而螺旋箝位作为尺蠖驱动的关键因素,为了准确地表达箝位的可靠性,研究了力矩电机与柔性联轴器及压电叠堆的匹配关系,并通过ANSYS软件对箝位功能进行了仿真分析。设计加工的样机机身总长为233mm,最大外径为63mm,质量为1.1kg。搭建样机的测试系统,试验表明:该作动器的最大输出力可达190N,最高速度可达2.58mm/s,行程为60mm。     

位移放大型压电叠堆泵的研究

压电叠堆具有响应快、分辨率高、输出力大以及输出位移较大等优点.利用压电叠堆作为驱动器,结合柔性铰链位移放大机构设计了流体泵样机.对压电叠堆泵样机进行了实验研究,分析了对泵输出性能和压力性能的影响因素,证明压电叠堆泵输出压力大,性能稳定.     

简易压电晶片式液压发电装置的设计及试验

为实现低频率,高强度的振动能量回收和利用,提出一种基于压电流体耦合作用的压电晶片式液压发电装置。通过理论分析设计结构,采用直径60mm,厚度1.6mm的压电晶片以及直径16mm,高度50mm的液压缸制作样机,用水作为工作介质,测试了装置在不同激励频率、激励电压、系统背压及加载质量等条件下的电压输出情况。试验结果表明:当激励频率(工作频率)在27Hz左右时,该压电晶片式液压发电装置的输出电压达到最大,且在一定的范围内,发电装置输出电压随着激励电压、系统背压及加载质量的增加而增加,验证了液压-压电发电的可行性。     

水压莲藕掘取机液压系统技术难点的解决

40Ｚ - 3型自走式水压莲藕掘取机是南通江华机械有限公司开发研制的国家专利产品 ,该产品在生产试用阶段出现爬坡及原地转向时发动机过载自动熄火等现象 ,致使其无法正常作业而影响了进一步的推广应用。为解决上述问题 ,我们对其行走驱动部分进行了分析和研究 ,发现该机是通过发动机带动一定量泵 ,由液压马达实现行走驱动的。定量泵的排量为6× 10 - 6ｍ3 /ｒ,液压马达选用的是ＢＭＰＨ 5 0型液压马达 ,排量为 5× 10 - 5ｍ3 /ｒ。当车辆原地转向或爬坡 ,引起发动机过载自动熄火时 ,其系统工作压力己超过了 10ＭＰａ。油泵的输入功率 (即驱…     

大型液压缸测试用试验台研制

液压缸是液压系统的执行元件,是将液压能转化为机械能的关键部件,所以液玉缸试验是保证系统性能中具有重要意义的试验.对大型液压缸进行测试试验,加载缸的最大行程可以达到5000mm,额定压力25MPa;被测缸行程2400mm,额定压力25MPa.系统最大流量300L/min.液压缸测试用试验台结构设计巧妙,可以对不同尺寸和吨位的液压缸进行测试,具有良好的互换性.试验台可以进行包括液压缸启动压力测试,负载效率试验,行程试验等.     

压电悬臂梁负载阻抗匹配分析及其在隔膜泵驱动中的应用

利用悬臂梁结构的不同位置作为对外激励源时，为了使负载获得更多的能量，使悬臂梁的能量输出达到最优，同时隔膜泵的流量输出达到最大，实现隔膜刚度最佳匹配的目的，提出了一种压电驱动悬臂梁结构的负载阻抗匹配概念，研究了隔膜泵的性能与悬臂梁结构对外输出刚度之间的关系。首先，选取悬臂梁结构的根部、中部和端部3个特征位置，利用有限元仿真软件，对悬臂梁-弹簧-质量块模型的能量输出进行了阻抗匹配分析；其次，选取隔膜容积泵作为驱动负载，根据其结构及工作原理，建立了压电悬臂梁驱动隔膜容积泵的简化动力学模型，分析了隔膜泵的性能与悬臂梁驱动结构参数之间的关系；最后，搭建了压电悬臂梁驱动隔膜泵的刚度匹配实验平台，对不同圆盘直径下，悬臂梁不同特征位置处的隔膜泵输出流量进行了测试。研究结果表明：在悬臂梁根部、中部以及端部位置处，隔膜泵输出流量最大时的活塞圆盘直径分别为20 mm、18 mm以及16 mm,随着悬臂梁不同位置对外输出刚度的减小，隔膜匹配的最佳刚度应随之减小；若悬臂梁结构与负载参数一定时，对应的最佳负载匹配刚度逐渐增大。     

Mechatronic Motorized Spindle with Hydrostatic Bearings and a Piezohydraulic Generator of Resonant Axial Microoscillations

A mechatronic motorized spindle with hydrostatic bearings and a contact-free piezohydraulic generator of resonant axial spindle microoscillations is proposed. The boundary problem is solved for a nonsteady Reynolds equation in laminar motion, with no cavitation of the working fluid. On that basis, analytical formulas are derived for the dynamic-pressure distribution of the working fluid and the dynamic axial force created in the gap of the piezohydraulic generator.     

Efficiency characteristics of piezostack pump for linear actuators

A piezostack pump for linear actuators is presented and studied in terms of mechanical energy efficiency (MEE), energy conversion efficiency (ECE) and design method. MEE is defined as the ratio of the output mechanical energy to that converted from input electrical energy, and ECE is the ratio of output mechanical energy to input electrical energy. The analysis results show that both MEE and ECE decrease with the increase of stiffness of the chamber diaphragm (k_s), which is a function of the radius ratio (rigid disk radius to chamber radius). There is respective optimal external load (F_c) for them to achieve peak value for a given piezostack with blocked force (F_b) and stiffness (k_a). The optimal force ratio (F_c/F_b) is a constant of 0.5 for maximum MEE, and between 0.57 and 0.5 for maximum ECE. Considering the deflection of the pump chamber and dynamic response of the piezostack, the stiffness ratio (k_s/k_a) should be limited between 0.3 and 1, and the relative radius ratio is between 0.7 and 0.8. With the increase of the radius ratio in the range, the maximal MEE decreases from 0.38 to 0.25, and the peak ECE decreases from 0.20 to 0.14.     

Efficiency characteristics of piezostack pump for linear actuators

A piezostack pump for linear actuators is presented and studied in terms of mechanical energy efficiency (MEE), energy conversion efficiency (ECE) and design method. MEE is defined as the ratio of the output mechanical energy to that converted from input electrical energy, and ECE is the ratio of output mechanical energy to input electrical energy. The analysis results show that both MEE and ECE decrease with the increase of stiffness of the chamber diaphragm (k _s), which is a function of the radius ratio (rigid disk radius to chamber radius). There is respective optimal external load (F _c) for them to achieve peak value for a given piezostack with blocked force (F _b) and stiffness (k _a). The optimal force ratio (F _c/F _b) is a constant of 0.5 for maximum MEE, and between 0.57 and 0.5 for maximum ECE. Considering the deflection of the pump chamber and dynamic response of the piezostack, the stiffness ratio (k _s/k _a) should be limited between 0.3 and 1, and the relative radius ratio is between 0.7 and 0.8. With the increase of the radius ratio in the range, the maximal MEE decreases from 0.38 to 0.25, and the peak ECE decreases from 0.20 to 0.14.     

混合式步进电动机结构参数智能协同优化

为了探究混合式步进电动机关键结构参数对其静态转矩的影响规律,找寻最优设计方案,提出一种基于正交试验、反向传播(Back Propagation,BP)神经网络和遗传算法的智能协同优化方法。通过对电机的磁路分析与ANSYS Maxwell-3D有限元仿真,讨论了电机结构和运行参数对输出转矩的影响,并据此对电机的气隙g、齿宽比b_t/t、齿高h_t和转子壁厚h_r进行协同优化,采用电机的最大静转矩T_m作为优化目标,运用智能协同优化方法得到最优解,并对优化结果进行有限元验证。结果表明:优化结果与仿真结果相近,最大静态转矩相对误差为4.8%,最优结构参数为:g=0.1 mm,b_t/t=0.37,h_t=0.84 mm,h_r=2.5 mm。     

NMR probe for pressure-jump experiments up to 250 bars and 3 ms jump time

We describe the design and performance of a pressure-jump instrument for time-resolved NMR experiments. Initial pressure of up to 250 bars can be produced by means of a HPLC pump and distilled water as a pressure-transmitting liquid. Fast pressure release at a time resolution of 3 ms is achieved using a fast acting valve driven by a piezostack close to the sample chamber. The pressure-jump cell is placed together with two valves in an especially designed NMR probe, which can be used in standard spectrometers with wide-bore magnets. All functions of the instrument are personal computer controlled. The equipment is designed for investigations on systems of biological interest, especially lipid-water dispersions. A theoretical consideration implies that probably the limited speed of valve opening determines the lower boundary of the jump time. The performance is illustrated by time-resolved NMR spectra across the phase transition of a phospholipid-water dispersion after a pressure jump from 100 bars to atmospheric pressure.     

两级复合放大箝位步进压电直线电机

针对尺蠖式电机运行过程中导轨与动子对加工与装配要求过高的问题,提出了一种尺蠖式原理的两级复合放大箝位步进压电直线电机,分析了电机的工作原理,设计了电机箝位机构和总体结构。利用有限元软件对箝位机构进行仿真分析,得到柔性结构的最佳尺寸。制作样机并设计实验,得到了电机的速度特性曲线并进行分析。样机的实验结果证明了该方案的可行性,并且在电压峰峰值为100V、频率为150Hz的方波信号激励下,电机的空载速度可达1.23mm/s,最大推力可达1.6N。该电机有效降低了驱动器的加工与装配要求,增强了电机运行的稳定性。     

一种双足驱动压电直线电机

为研制高精度、大行程、大推力的压电直线电机,设计了一种基于叠层压电陶瓷的步进式压电直线电机。分析了电机的工作原理,对电机的结构进行了设计,制作了原理样机,并进行了实验研究。实验表明,在一定频率范围内,定子驱动足振幅与电压成线性关系,且最大振幅可达2.9μm,电机最大无负载速度为796μm/s,最大输出推力为4.8N,达到了预期的目的。     

基于力矩电动机的双摆动铣头设计

简要介绍力矩电动机的结构、基本参数及其选用,给出五轴联动高速雕铣机的总体方案设计以及双摆动高速铣头结构和其关键件的设计,并用Pro/E对设计进行实体建模.     

基于压电叠层振动的一种直线电机的设计

设计了一种利用压电叠层的微幅振动的新型压电直线电机。分析了非共振状态下电机的工作机理,设计了电机的定子结构和总体结构。利用有限元软件对驱动足进行仿真分析,得到了柔性结构的最佳尺寸。制作了样机并进行测试,试验表明电机的运行速度随激励频率和激励电压的增加而增加,且在一定阈值内近似成线性关系。当驱动电压峰峰值为100 V、频率为1.6 kHz时,电机的空载速度可达2.8 mm/s,最大推力可达3.5 N。该电机工作频带宽、驱动电压低,对电机的结构精度和加工精度要求不高。     

直线超声电机设计、建模和应用的研究进展

直线超声电机作为一种新型作动器,以其独特的结构和驱动原理,在高新技术领域有着广泛的应用。首先,回顾了电机结构设计方面的研究进展,提出了电机的设计理论和方法,阐述了电机结构形式的演化和夹持结构的设计方法;其次,介绍了有关电机理论模型的研究进展,提出了定子机电耦合模型、摩擦接触模型和定/动子冲击模型等;最后,报道了直线超声电机在高精度运动平台、细胞显微操作、微夹持器和绝对重力仪方面的最新应用。