摘要：为解决当前超声喷丸枪在狭小空间内难以加工壁板的问题,设计了一种纵弯复合模态的夹心式压电超声喷丸换能器.采用COMSOL仿真软件,对换能器进行模态分析,计算得到纵振和弯振的谐振频率,并改变尺寸使换能器在2种模态下均呈现较大的振幅.采用多普勒测振仪对换能器工作端面扫频,纵振与弯振振幅分别为1.0和0.8μm,经匹配后振幅各增长了40%和50%.利用激光位移传感器测得2种模态下撞针振幅均可到达1.2 mm.同时,对2024-T351铝合金板件进行了超声喷丸成形试验,并采用X射线法对喷丸后板件中的残余应力进行了检测.超声喷丸成形试验和残余应力检测表明,板件喷丸后发生不同程度的变形,且板件中的残余压应力最大可达250 MPa,验证了纵弯复合换能器的有效性.

摘要：研究了超声喷丸换能器在不同电压下的阻抗特性,设计了针对高电压驱动工况的阻抗匹配方法。首先,采用功率放大器和示波器获取高电压下换能器两端的电压、电流以及相位差,计算得到阻抗特性曲线;其次,以工作频率下的阻抗为基准,计算并联匹配和串联匹配时的电感值,通过对比优选负载电路呈纯阻性的匹配方式,实现有功功率的最大化;最后,将匹配电路结合自制的驱动电源设计了超声喷丸成形驱动系统,利用激光位移传感器对比了匹配前后喷丸枪撞针振幅的变化。结果表明,当以2.6 mH电感串联匹配时测得接入匹配电路后喷丸撞针冲击振幅由2.7 mm升至4.9 mm,验证了所提匹配方法的有效性。

摘要：介绍了一种声操控型微流控芯片的加工方法与测试技术。首先,基于声操控型微流控芯片的工作原理和功能需求设计了硬质微流控芯片的基本结构,采用激光切割方法实现了聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,简称PMMA)材质开放边界微流道的加工,采用数控加工(computerized numerical control,简称CNC)精雕方法实现了封闭边界微流道的加工,通过光固化型(ultra violet,简称UV)胶实现了硬质微流道与基板的室温封接,利用表面改性技术与毛细作用实现了芯片的无泵进样;其次,研究了不同加工工艺、工艺参数对微流道形貌的影响;最后,依据声操控微颗粒需求,综合仿真分析、阻抗测试及多普勒激光测振,选定了声操控型微流控芯片的工作频率,实现了微纳物体运动控制。该微流控芯片具有成本低、加工效率高及易于调整微流道结构的优点,在微纳操控、微纳制造和生化检测方面拥有广阔的应用前景。

摘要：应用于极端环境的超声电机会受到温度场、应力场和电场的共同作用,定子在热机电耦合激励下的响应与电机工作特性密切相关。以行波型旋转超声电机为对象建立定子的能量泛函,采用假设模态的方法得到了热机电耦合动力学模型。运用有限元方法对热机电耦合作用下的定子进行仿真,分析了与理论计算结果的差异。建立了定子热扫频试验平台和热变形试验平台,测定温度对定子稳态形变、模态频率和振幅的影响,对理论模型的分析方法进行了评价。理论分析和试验结果揭示了超声电机定子在热机电耦合作用下的振动行为的变化规律,为下一步极端环境超声电机的设计和优化提供了依据。

摘要：设计了一种基于超声电机的燃油调节器活门顶杆机构。该机构通过滚珠丝杆与旋转型行波超声电机(traveling-wave rotary ultrasonic motor,简称TRUM)的输出轴相连,将电机的回旋运动转化成执行元件即活门顶杆的直线运动,通过控制PSoC产生脉冲信号的个数实现了超声电机的步进驱动,可以精确调节油门的大小。针对机构的工作环境对现有的TRUM型超声电机进行了密封性改进,使其可以适用于油压工况。建立了活门顶杆的数学模型,对其进行动力学分析,并通过样机试验进行验证,得到的结果与理论分析基本一致。试验表明,该机构样机可以达到设计要求并实现纳米级的定位精度。

摘要：介绍了一种用于操控微纳粒子运动的声流场计算理论及试验验证方法。引入摄动理论,将固体边界的超声振动作为扰动量,用于计算液体质点的一阶声压和振动速度变化;进一步转化为引起流体流动的负载作用力,用于计算二阶流场中的流速变化,最终得到经过时间平均后的流场分布情况。有限元计算结果表明,微结构边界的超声振动引起了特定模式的流场流动,并且在微结构附近的液体流动速度明显高于其他位置,可以用于微纳颗粒在局部位置的精准操控。利用直径10μm的聚苯乙烯颗粒进行了试验验证,基本证实了声流场计算理论的准确性。基于摄动理论构建的声流场计算模型,有效解决了复杂边界的超声振动与流场流动的耦合计算问题,对下一步设计具有精准操控功能的声操控型微纳作动器具有较好的指导意义。

摘要：根据超声喷丸成形设备的工作原理,设计了一种超声喷丸换能器,并对其进行振动特性仿真分析。在仿真分析中,应用COMSOL多物理场仿真软件对超声喷丸换能器的主体结构进行特征频率分析、频域分析,进而得到超声喷丸换能器的振动特性。所做仿真分析为超声喷丸成形设备的后续研发与设计工作提供了理论参考。

摘要：为了保护卫星发射阶段磁悬浮飞轮系统,设计了一种超声电机驱动的锁紧装置,实现了锁紧和解锁功能,达到保护飞轮的目的。锁紧装置包括机械结构部分和驱动控制部分。机械结构部分使用旋转型行波超声电机做驱动源,传动部分采用蜗轮蜗杆带动执行机构锁紧飞轮转子。驱动控制部分的核心为单片机和超声电机驱动电路,并进行了超声电机驱动的锁紧装置试验。试验表明:锁紧和解锁过程中电机的输入功率分别为7.6 W和6.7 W,电学输入参数稳定;在许用范围内电机温升4°C;锁紧装置可在沿飞轮径向产生171N锁紧力。超声电机驱动的锁紧装置具有重量轻、占用空间小、简化了传动部分设计的优点,为磁悬浮飞轮系统的进一步小型化提供了可能。

摘要：在工业自动化生产制造和机器人应用的许多场合都涉及到工件抓取、捕捉以及剔除等执行机构。大行程,快响应是该类机构的重要指标,直接影响到工业生产效率与系统可靠性。针对这一应用背景设计了一套高速大行程电磁驱动装置,该装置由直流电磁铁、导向单元和执行单元组成。首先对其机械结构进行设计,充分发挥电磁铁的简洁、快速性能;其次,对该装置进行建模得到二阶系统模型,并从理论角度探讨其快速响应的可行性;最后,在自制的实验平台上进行实验研究,通过调节延时时间来研究电磁铁的响应时间和行程的关系,并用高速摄像机捕捉快速动作画面,直观反映实验过程,使效果评价更为方便可靠。研究结果表明该装置可以满足高速度大行程的要求。