摘要：磁悬浮平面电机的高加减速运动需要轻量化设计,但轻量化设计也会导致磁悬浮平面电机出现不可接受的振动。对磁悬浮平面电机模态参数的准确估计是抑制振动的关键环节。该文提出了一种基于密度聚类的模态参数估计方法。首先利用两步迭代的系统辨识算法,得到系统的参数化频率响应函数;然后利用基于密度的有噪声空间聚类(DBSCAN)算法对系统进行模态分析,去除不稳定的数学模态点,并对物理模态点进行基于正态分布的离群点剔除,以获取最终的模态参数。仿真和试验表明,所提方法可以实现系统模态参数的准确估计。

摘要：为优化超磁致伸缩换能器的工作性能、提高输出振幅,基于预应力对磁致伸缩效应的作用机理,建立了饱和磁致伸缩系数与预应力的关系模型。提出磁致伸缩灵敏度的概念,建立其与预应力和外磁场强度之间关系的理论模型。以超声换能器输出振幅最大为目标,提出以磁致伸缩平均灵敏度最大为准则的最佳预应力值确定方法。实验结果表明:随着预应力的增大,磁致伸缩平均灵敏度存在极大值,该预应力可在一定驱动磁场强度下获得最大的超声振幅,由此验证了磁致伸缩灵敏度模型的正确性和最佳预应力确定方法的可行性。提出的最佳预应力模型对超磁致伸缩换能器设计中预应力的选择具有指导意义,有助于大振幅超磁致伸缩换能器的设计及应用。

摘要：为提高超声振动系统的非接触式电能传输效率,对系统的电路补偿网络进行了研究和设计。结合压电振子的等效电路和松耦合系统的互感模型,阐明了电路补偿的理论依据,提出各自独立地对原、副边回路进行补偿,以消除互感的影响。结合理论和仿真计算的结果,设计并建立了超声振动系统非接触式电能传输的电路补偿网络。对系统的输出振幅进行实验测量,结果显示:补偿后的振幅得到了大幅提升,且气隙值越大、电功率越大,补偿效果越显著。对于超声振动系统的非接触式电能传输,所建立的补偿方法能够显著地减小无功损耗,提高能量传输效率,补偿网络设计合理、有效。

摘要：面向汽车修理厂的汽车补漆应用需求,该文提出一种由3自由度并联机构、旋转关节和移动小车组成的喷涂机器人。基于运动学模型,利用虚功原理推导了3自由度并联机构的动力学模型。考虑动力学模型中重力项影响,构造面向动力学性能波动评价应用的波动衡量惯性矩阵,提出动力学性能波动评价的全域指标,并通过不同几何参数和惯性参数下机器人驱动力矩变化来验证评价指标的有效性。动力学性能波动指标可以直观地反映机器人在工作空间中动力学波动情况,可以应用于机器人优化设计与控制。

摘要：为提高超声振动系统的能量转换效率和功率容量,提出超磁致伸缩超声振动系统的设计方法,研究导磁体材料特性对超声系统振动性能的影响规律。采用硅钢、铁氧体和磁粉心三种磁性材料设计导磁体,并建立超声振动系统的等效电路模型;通过阻抗分析建立3种超声振动系统的阻抗圆曲线,得到谐振频率和机电转换系数等参数,提出导磁材料特性对系统机电能量转换效率的影响规律。为验证阻抗分析结果的正确性,试验测定3种超声系统在不同电压幅值激励下的振幅-电流灵敏度与频率的关系曲线,验证导磁材料参数与系统机电能量转换效率之间的关系。结果表明:高磁导率铁氧体材料可提高超声振动系统在小功率工作条件下的机电能量转换效率,而对于大功率超声振动系统而言,需要兼顾磁导率和饱和磁通密度,使导磁体工作于非磁饱和状态,以提高系统换能效率,这有助于指导不同功率大小超声振动系统的导磁体材料选择。

摘要：精密位姿测量是多自由度电机实现精密运动控制的前提,现有的多自由度电机位姿测量方案多采用编码器、惯性测量单元等外部传感器,存在结构复杂、可靠性低等不足。该文提出一种基于冗余磁场信息的三自由度位姿测量方法,通过布置冗余磁传感器阵列检测电机自身转子永磁体所产生的磁场,并设计由所测磁感应强度信息快速解算电机多自由度位姿的测量算法和永磁体磁场模型参数的标定算法,实现电机位姿的实时精密测量。该方法基于电机自身磁场进行位姿测量,不易受外部环境如振动噪声、灰尘污染等影响,具备高精密性、高可靠性等特点,且永磁体磁场既为电机动力来源又为位姿测量基准,因此能够有效提高电机系统集成度与结构紧凑性。仿真和实验结果表明,该方法能够快速准确测量三自由度旋转电机位姿,三旋转轴位姿测量的均方根误差分别为0.031、 0.025和0.056 rad。

摘要：采用基于空间误差矢量链的误差建模方法,对一种新型虚拟中心并联机构进行了误差建模,获得各几何误差参数与终端输出误差参数之间的映射函数,在所建立的误差模型的基础上,分析各几何误差参数对终端输出误差参数的局部灵敏度系数和全局灵敏度系数,并将相应的误差灵敏度以图谱的形式直观的展现出来,通过对相应的分布图谱进行分析,得出各关键几何参数对该虚拟中心并联机构输出精度的影响程度,从而有效地指导机械设计阶段各零部件的公差等级的选择以及控制阶段系统输出误差的限定。

摘要：单点金刚石超精密加工能够获得纳米级的低粗糙度表面。进一步的实验表明,采用该工艺进行退火态无氧铜切削,已加工表面在刀痕基础上还会出现清晰的晶界浮凸现象。传统的粗糙度概念无法有效表征与区分含有晶界浮凸信息的超精加工表面微观形貌。引入分形维数概念,采用该理论中尺码法对无氧铜超精加工表面的微观形貌进行分形维数计算;为降低切削刀痕信号干扰、突出晶界浮凸信息,设计表面信号带阻滤波方法。计算结果表明,超精加工后的表面分形维数包含了加工刀痕与晶界浮凸信息,由于两者尺度相近,传统的粗糙度测量无法区分其差异;采用带阻滤波与尺码法耦合方式,能够有效识别晶界浮凸特点,定量地反映微观尺度下超精加工表面的形貌特征信息。

摘要：蛋白质的提取率取决于被提取的生物组织的粉末粒度,因而生物组织的粉碎是蛋白质提取工程中的关键技术之一。目前,生物组织粉碎较多采用振动球磨方式,研磨产品粒度和研磨效率与研磨过程的特征参量如碰撞频率、碰撞能量有密切关系。为了研究研磨参数对研磨特征参量的影响规律,该文采用事件驱动法(event driven method,EDM)建立了振动球磨机构中单个磨球在研磨罐内的动力学模型,获得了振动频率、振动幅度和研磨罐直径对碰撞频率和碰撞能量的影响规律。结果表明:碰撞频率、碰撞能量均随着振动频率和振动幅度增大而增大;在相同的磨腔体积即研磨罐容积下,随着研磨罐直径的增大碰撞频率和碰撞能量减小。该结论为研磨机构设计和参数选择提供理论依据和方法。

摘要：为了提高平面电机水冷散热器热流性能,该文构建了散热器热流模型并开展了"结构尺寸-流道拓扑"并行优化设计。首先,构建了散热器3层热流模型,该模型囊括了盖板与流固混合层的流动/传热耦合效应以及散热器厚度方案对热流场的影响。其次,基于3层热流模型,引入孔隙度域来描述流道拓扑,构建了包含流道拓扑变量与层厚变量的连续伴随结构优化模型,并提出了相应的散热器层厚与流道拓扑并行优化方案。最终,数值案例部分评估了3层热流模型准确性及计算效率、"层厚-流道拓扑"并行优化设计结果热流性能和"尺寸-拓扑"并行优化方案。结果表明:相较于全3D热流模型,所构建的3层热流模型仅需少于10%的计算时间获得了近乎一致的温度场;相较于基准设计,所优化的散热器结构新颖且展现出高达30.82%的目标性能改善;相较于离散优化方案,所提出的并行优化方案高效且取得了具有竞争力的设计。