空间飞行器小模数齿轮接触分析及实验研究

为研究空间某飞行器中小模数齿轮在真空环境下的接触力学与摩擦学行为,首先建立了齿轮啮合面接触应力的数学模型,得出了齿轮啮合面的应力分布规律；然后搭建了真空齿轮系统摩擦磨损实验平台,并对比研究了真空条件和空气中常压条件下齿轮的主要磨损形式；通过扫描电子显微镜对啮合面不同位置的磨痕微观形貌进行表征,研究了齿轮摩擦磨损行为与啮...     

正交复合超声振动拉丝

为促进超声振动拉丝的实际应用,针对不同施振方式的作用效果,建立了一套正交复合超声振动拉丝实验系统,系统由超声波驱动器、超声振动系统、拉丝模和拉丝机等组成.利用有限元法对正交复合超声振动拉丝进行仿真模拟,分析超声振动拉丝的加工机理.通过对铜丝的一系列拉拔实验,考察了在实际拉丝加工过程中,纵向振动、横向振动和正交复合超声振动对拉拔力和丝表面质量的影响.实验结果表明:当振幅达到一定值后,正交复合超声振动的作用效果最好,能使拉丝机的张力调节周期有效延长3倍以上,减少了丝材的不均匀变形,使拉丝更趋于稳定;当拉拔速度为980 mm.s-1时,可使拉拔力减小近10%,改善了丝材表面质量.     

多悬臂梁压电振子频率分析及发电实验研究

为了提高悬臂梁压电振子的发电能力,设计并制作了多悬臂梁压电振子,采用有限元方法对多悬臂梁压电振子的有效工作频率进行了仿真分析,并且进行了实验验证.在此基础上,对多悬臂梁压电发电装置进行了压电发电实验测试.研究结果表明,多悬臂梁压电振子工作的谐振频率范围为56~65 Hz,与实验结果基本吻合.相比于单悬臂梁压电振子,多悬臂梁压电振子能有效地拓宽其谐振频带并提高压电发电能力.当多悬臂梁压电振子外接负载为820Ω、工作频率为60 Hz时,多悬臂梁压电发电装置的最大输出功率达到4.9 mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求.     

翼型颤振压电俘能器的输出特性研究

压电俘能器能够为自然界中低功率的微机电系统持续供能. 为了模拟机翼的沉浮?俯仰二自由度运动和有效俘获气动弹性振动能量, 本文提出一种新颖的翼型颤振压电俘能器. 基于非定常气动力模型, 推导翼型颤振压电俘能器流?固?电耦合场的数学模型. 建立有限元模型, 模拟机翼的沉浮?俯仰二自由度运动, 获得机翼附近的涡旋脱落和流场特性. 搭建风洞实验系统, 制作压电俘能器样机. 利用实验验证理论和仿真模型的正确性, 仿真分析压电俘能器结构参数对其气动弹性振动响应和俘获性能的影响. 结果表明: 理论分析、仿真模拟和实验研究获得的输出电压具有较好的一致性, 验证建立数学和仿真模型的正确性. 仿真分析获得机翼附近的压力场变化云图, 表明交替的压力差驱动机翼发生二自由度沉浮?俯仰运动. 当风速超过颤振起始速度时, 压电俘能器发生颤振, 并表现为极限环振荡. 当偏心距为0.3和风速为16 m/s时, 可获得最大输出电压为17.88 V和输出功率为1.278 mW. 功率密度为7.99 mW/cm3, 相比较于其他压电俘能器, 能实现优越的俘获性能. 研究结果对设计更高效的翼型颤振压电俘能器提供重要的指导意义.      

压电悬臂梁俘能器多模态俘能效果研究

研究了一种带质量块的压电悬臂梁俘能器,推导得到俘能器振型函数,并进行数值计算,分析不同质量比时系统振型特点,以及系统各阶固有频率与质量比的关系.数值计算结果表明:质量比小于0.5时,对系统各阶固有频率影响较大;质量比趋于无穷大时,自由边界条件会转化为夹持边界条件;俘能器二阶及二阶以上模态时在梁长度方向上存在应变节点,节点两侧应变符号相反.为提高俘能效率,避免压电晶片电极上电荷抵消现象的发生,可在悬臂梁上应变节点两侧分段粘贴压电晶片,提取多个谐振频率时的振动能,实验结果表明分段电极法可以产生更多的电能.