基于压电悬臂梁振动能量收集器的摩擦自激振动能量收集

针对机械装备滑动摩擦副广泛存在的高强度摩擦自激振动,设计了结构简单的压电悬臂梁振动能量收集器并安装在滑动摩擦副上,以实现将摩擦自激振动能量转换为电能。通过在CETR摩擦磨损试验机上开展摩擦自激振动能量收集试验以及进行相应的有限元和数值仿真分析,验证设计的压电悬臂梁振动能量收集器的效果并分析其机理。结果表明,压电悬臂梁振动能量收集器输出电压的时域演变规律和频域特性与相应的摩擦自激振动信号一致,故设计的压电悬臂梁振动能量收集器可有效地将摩擦自激振动能量转换为电能,实现了摩擦自激振动能量的收集;法向载荷的增大使得输入摩擦系统的能量显著增强,导致摩擦副界面摩擦自激振动强度增大,从而增加了压电悬臂梁振动能量收集器的激励源强度,使其输出电压显著增大;在较大的法向载荷作用下压电悬臂梁振动能量收集器的输出电压最大值达到近4 V且频率较高,可为低功率传感器提供电能供应。     

摩擦自激振动主要参数摩擦力矩的测定

摩擦自激振动是工程中普遍存在的且有着重要影响的一种振动形式,已越来越为人们所关注。在分析并建立了摩擦自激振动力学模型的基础上,提出了一种摩擦自激振动主要参数摩擦力矩测定的简单易行的有效方法,并进行了摩擦力矩的测定,从而验证了该方法的正确性。     

干摩擦系统的自激振动数值研究

针对一类具有代表性的双质体-传输带干摩擦系统,首先对系统平衡点进行稳定性分析,然后利用数值方法揭示系统在非内共振、1∶2和1∶3内共振三种情况下的非线性动力学现象.通过分析可知,在传输带速度减小的过程中,系统的静平衡状态失稳,出现纯滑动和粘滞-滑动形式的干摩擦自激振动.另外,系统的内共振状态对干摩擦自激振动有重要影响.     

摩擦自激系统的分岔控制研究

研究应用Washout滤波器技术对摩擦系统自激振动的分岔控制.首先确定需要引入的Hopf分岔点,然后按Hopf分岔条件确定滤波器的线性增益和非线性增益系数,将系统的亚临界Hopf分岔变为超临界Hopf分岔,使受控系统产生的自激振动幅值大大降低.理论分析和数值仿真表明Washout滤波器法在分岔控制中的有效性.     

压电能量俘获结构及其升频转换技术的发展现状

压电材料作为一种良好的机电换能元件,具有体积小、成本低、工作性能可靠等优势,但如何设计压电振子高效地俘获环境振动能,仍是本领域的关键技术难题。以定频式、调频式和宽频式三类典型压电振子为代表的结构共振频率匹配设计能部分解决上述难题,但面向环境低频、超低频振动能俘获,上述振子仍面临输出功率低、可靠性差等问题,途径之一是通过机械式升频转换技术将低频激励转换成压电振子的高频振荡,同时突破超低频压电元件功率密度低的限制。几类机械式升频转换技术被区分并简要介绍,重点阐述一种借助非线性系统内共振现象实现的机械升频转换方法。内共振升频技术具有激励加速度阈值低、升频转化能量损失少等优势,进一步拓宽压电振子领域内的机械式升频转换研究。     

轮轨摩擦自激振动引起小半径曲线钢轨波磨的瞬态动力学

钢轨波磨问题一直困扰着地铁线路,对其产生机理的研究有着重要的理论和应用价值。基于轮轨摩擦自激振动引起钢轨波磨的观点,建立轮对稳态通过小半径曲线时由轮对-钢轨-轨枕组成的轮轨系统有限元弹性振动模型,在模型中假设轮轨蠕滑力饱和且等于法向力与摩擦因数的乘积。应用有限元软件ABAQUS分析该模型的运动稳定性,重点研究轮轨系统摩擦自激振动的瞬态动力学过程,获得了轮轨系统发生摩擦自激振动时轮轨振动和接触法向力的变化规律。结果显示内轮和内轨接触摩擦副发生严重的摩擦自激振动,并对这个摩擦自激振动引起钢轨波磨的机理进行了解释。     

自激振动对超声振动车削的影响

分析了超声振动车削中产生自激振动的原因，并提出了减小自激振动的措施。     

超低频压电谐振传感器的设计

文章提出了利用压电谐振机理实现超低频振动传感器的实用方法,通过对压电谐振式传感机理分析研究,得出可测超低频范围在0～3Hz。设计了超低频振动传感器的具体电路、变频组成及模拟结果。     

压电式摩擦振动能量收集的试验研究与仿真分析

针对机械系统中普遍存在的摩擦振动现象,结合试验分析和数值模拟的方法,提出采用压电材料进行摩擦振动能量收集的新思路.本研究搭建了一种既能产生摩擦振动,同时又能利用压电材料将振动能量转化为电能的试验装置,摩擦学试验结果验证了利用压电材料实现摩擦振动能量收集的可行性.利用有限元软件ABAQUS对试验过程进行模拟,首先采用复特...     

振动能量收集技术的研究现状与展望

气候变暖、海平面上升、冰川消融等自然环境变化对人类社会的发展构成巨大挑战,迫使人们加速绿色能源技术的开发。微纳米技术、机械与材料工程的迅速发展使得振动能量的收集与应用成为可能,其主要部分为通过电磁转换、静电转换、压电转换、磁致伸缩转换、磁电转换、摩擦纳米发电以及它们的复合形式将振动能量转化为电能。其中摩擦纳米发电是最新的研究热点之一。本文回顾了振动能量收集技术原理、材料、结构等方面的研究现状,重点综述了国内外学者的主要研究成果,详细阐述了多种收集方式的原理、特点和电学输出性能,总结了目前该技术存在的关乎耦合性能、频带、收集效率、集成性和寿命等有待进一步解决的关键问题,并由此展望振动能量收集技术的研究发展趋势,希望为集能设计研究领域的工作者提供有价值的参考。     

欧拉压杆超低频水平隔振系统

研制一种新型超低频水平隔振系统，该系统采用细长压杆作为水平隔振弹簧。通过对一端固定，一端自由的细长压杆在纵横载荷联合作用下的力学特性进行分析，得出当压杆承受的纵向载荷达到临界载荷时，其横向刚度趋于零，从而可以获得极低的固有频率，实现水平方向的超低频宽频带隔振。     

用于旋转环境的磁致伸缩振动能量收集方法研究

随着无线传感器的功率消耗从mW级降到了μW级,对无线小功率设备的供电有了新的可能.本文设计并实验了一种新型的基于磁致伸缩材料(铁镓合金)的振动能量收集装置.可以应用于对低频旋转环境中存在的振动进行收集并转换为电能,工作转速范围为0～150 r/min.搭建了实验平台,进行实验分析.实验结果表明,偏置磁场摆放在最佳位置,...     

振动能量收集技术的研究现状与发展趋势

随着无线电通讯与微机电系统技术的快速发展,振动能量收集技术被广泛应用于微机电系统设备的供电.振动能量收集技术可分为电磁式、静电式、压电式、磁致伸缩式和复合式等类型,其中超磁致伸缩材料应用在能量收集方面是最新的研究热点.综述了这5种类型振动能量收集技术的基本原理,简述各自能量收集装置所使用的材料和结构形式.比较了这5种类型的振动能量收集技术各自的优势与不足,系统地介绍国内外的主要研究成果和研究进展,以及所面临的困难和发展趋势.     

超低频风力发电机不平衡振动信号的检测方法研究

利用ARM9嵌入式系统,对0.2-1.5Hz的低频信号进行采样。对采样数据进行数学建模分析,并分析比较插值算法、取整数算法和浮点算法,得到更加准确高效的算法。对采样频率进行实验分析,验证了对0.2-1.5Hz的超低频风力发电机动平衡信号检测方法的有效性。     

基于压电陶瓷的振动能量捕获技术现状及展望

分析了压电式振动能量捕获原理;针对提高振动能量捕获量和捕获效率这两个目标,对当前国内外在新型压电材料、压电振子性能研究与结构配置及高效电路等方面所作的研究进行了详细论述;指出向微能源器件、集成自供电系统发展和从旋转机械中捕获能量是压电陶瓷振动能量捕获技术的研究前景。     

压电悬臂梁采收低频振动能的理论分析与仿真

采收环境振动能量为无线网络传感器供电是近年来研究的热点,目前还没有一个完整的理论和解决方案.文中设计了一种压电悬臂梁结构的环境振动能量采收装置,研究了悬臂梁压电振子结构受激励后产生电荷量与频率的关系,并进行了ANSYS仿真,得出了最佳的机电耦合模型和压电悬臂梁几何尺寸对固有频率的影响的关系.为采收环境低频振动能量,实现网络传感器自供电装置提供了设计的理论依据.     

钢轨吸振器振动能量的多模态压电式俘能研究

提出一种结合钢轨吸振器与多模态压电式俘能器的新型振动能量回收技术,在有效减轻轨道振动的条件下,回收钢轨吸振器的振动能量为各类轨道监测设备供能.通过建立车轮-轨道-吸振器系统的振动分析模型,研究了能量回收模块对吸振器减振性能的影响规律,并使用谐响应分析研究了能量回收模块的发电能力.分析结果显示,当多模态能量回收装置安装在钢轨吸振器上时,不会对钢轨吸振器的减振性能产生明显影响.并且,多模态结构能有效拓宽0～600 Hz频率范围内的振动能量回收频带,提高振动能量的回收效率.     

摩擦振动引起的波状磨耗的试验研究

采用销-盘摩擦试验装置模拟轮轨之间的接触应力,研究轮轨间的波状磨耗(简称波磨)问题.通过测量试验过程中摩擦振动信号及试验后的摩擦表面轮廓,研究摩擦振动和摩擦表面波磨间的关系.结果显示,摩擦振动容易引起摩擦表面波磨,且波磨的波长大致等于滑动速度和摩擦振动周期的乘积.     

振动俘能技术在可穿戴领域的应用

能源问题日渐严峻,发展环保、便捷、可持续的能源技术是当务之急。相较于太阳能、热梯度、射频等环境能量,振动能量在人体运动及周围环境中具有广泛存在性,振动俘能技术也因此越来越受到人们的广泛关注。当前,可穿戴设备的发展受续航能力限制,而传统电池存在着较多弊端与风险,收集人体运动的能量来为可穿戴电子设备供电也成为当前研究的热点。简要介绍电磁、静电、压电、摩擦电振动能量收集器的基本工作原理,并详细综述它们在可穿戴/可植入领域的研究进展,以及在人体各部位振动俘能的应用案例,对比阐述不同俘能机理的特点,最后对四种振动能量收集器在可穿戴领域所面临的输出性能、长期稳定性、穿戴舒适性等挑战进行总结并由此展望了其未来的发展趋势。