关键词： 超声振动   模态耦合   纵扭复合   螺纹副   减摩率  

摘要： 目的探究不同超声参数对螺纹副拆卸扭矩及表面形貌的影响。方法由于拆卸扭矩由螺纹副接触面摩擦力决定,因此对不同超声方向、振幅和频率下超声拆卸螺纹副的减摩趋势进行分析。基于模态耦合原理的超声试验装置进行螺纹副拆卸试验,分别记录不同超声参数下扭矩传感器输出的拆卸扭矩,并进行对比,使用超景深显微镜观察拆卸后螺纹面的形貌。结果扭向、纵向、纵扭复合3个方向的超声减摩率分别为4.5%、10.2%、11.9%,在显微镜下普通拆卸的螺纹表面有较大的剥落屑。施加超声后,大块剥落屑变为剥落颗粒,螺纹面损伤依次减小;在超声振幅为0.1、0.3、0.5μm时,其减摩率分别为2.9%、7.9%、11.9%;振幅为0.1μm的表面有大面积的剥落颗粒以及部分划痕;当振幅增加到0.5μm时,剥落颗粒基本消失,螺纹面损伤呈降低趋势;在超声频率为20、28、40 kHz时,其减摩率分别为11.2%、11.5%、11.9%,螺纹面的烧蚀面积逐渐增大。结论纵扭复合超声的减摩效果最好,且螺纹面损伤最小。随着超声振幅的增加,减摩效果提高,螺纹面损伤降低。超声频率对螺纹副拆卸的减摩效果的影响较小,但频率的增加会导致接触面烧蚀面积增加,因此在超声方向和超声振幅相同的前提下,选用低频超声更适宜。研究结果可以为超声螺纹副拆卸装置的设计提供参考。

关键词： 超声振动   过盈配合   超声减摩   超声软化   压装工艺  

摘要： 在过盈配合过程中,为使接触面配合更加紧密并减小接触面之间的磨损,设计了超声振动辅助压装结构。根据变幅杆输出端与压装件匹配,确定了变幅杆尺寸;通过改变振子型号和数量调节压装装置的超声振动频率与功率。结果表明:引入超声振动后,轮毂内表面压装应力减小了20%,轴承外表面应力减小了17%;随超声频率和功率的提升,压装力减小了10%~20%,超声振动功率越大,频率越高,过盈配合所需的压装力就越小。压装过程引入超声振动有效改善了过盈配合的连接性能,减少了连接面的界面损失。

关键词： 固体推进剂   3D打印   高固含量   超声减摩  

摘要： 3D打印技术相比于传统的固体推进剂浇注成型方法具有更高的制造灵活性和安全性。对于高固含量(质量分数大于85%)的固体推进剂材料,传统挤出打印方式存在挤出不连续、成型质量差等问题,限制了发动机的整体性能。针对上述问题,基于超声减摩辅助挤出原理设计了双超声振子共振挤出高固含量热固性固体推进剂打印头。重点探究了打印过程中打印温度、挤出压力、喷嘴直径等关键工艺参数对于打印推进剂材料孔隙率的影响。在打印温度为70℃、挤出压力为0.6 MPa、喷嘴直径为φ1.7 mm,打印层高间距比为0.8的最优工艺参数条件组合下,可打印制备固含量为88%、孔隙率为3.46%、打印制造误差被控制在0.4%以内的复杂变燃速热固性固体推进剂药柱结构,同时打印样件的拉伸强度较传统浇注样件提升56%,为复杂高固含量固体推进剂药柱结构的制造提供了一个新思路。

关键词： 超声电机   自动增量式非线性动力学分析   减摩   仿真   等效摩擦因数  

摘要： 基于商用有限元软件自动增量式非线性动力学分析(automatic dynamic incremental nonlinear analysis,简称ADINA),对超声电机的减摩现象进行仿真研究,提出等效摩擦因数的概念。分别在驻波激励和行波激励下研究了超声电机启动响应过程的瞬时等效摩擦因数。通过仿真计算,得到了不同预压力、激励频率和电压情况下的稳态等效摩擦因数。当预压力较小时,驻波激励下的减摩效应强于行波激励;当预压力较大时,超声振动受到抑制,此时2种激励方式的减摩效应近乎一致。研究发现:激励频率越接近谐振频率,预压力越小、驱动电压越大,减摩效果就越显著;其中,激励频率和预压力的影响要大一些。本研究为超声电机减摩现象的研究与应用提供有益的帮助。

关键词： 三维超声振动   减摩特性   表面粗糙度   微织构刀具   切削合力  

摘要： 为进一步提高304不锈钢的加工效果,将摩擦学动载荷分析与三维超声振动辅助车削相结合,建立减摩特性理论模型.将微织构刀具融入该模型后,减摩效果进一步提高.通过主轴转速、进给量与切削深度的切削合力实验证明了该模型的减摩效果.根据机床的相对振动建立了表面形貌的理论模型,通过单因素实验研究了切削参数对表面粗糙度的影响,随切削深度、主轴转速和进给量的增加,表面粗糙度逐渐增大.

关键词： 接触状态   超声减摩   PI和PTFE基复合材料   质点振幅  

摘要： 为明晰超声减摩机理,建立超声电机的界面接触状态与摩擦特性的对应关系,针对定子与聚酰亚胺(PI)和聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料组成的摩擦副,搭建了超声振动摩擦实验平台,研究了定子齿结构、输入参数和环境因素对界面摩擦特性的影响规律。实验结果表明,定子齿结构明显放大表面质点的振幅,定子的谐振频率38.5 kHz处,定子齿对质点垂直振幅的提升幅度约为168%。在预压力作用下,定子齿结构与复合材料的嵌合作用会提高界面摩擦系数并降低超声减摩的幅度;质点振幅的垂直分量是导致超声减摩的主要因素,摩擦副的谐振频率41.5 kHz处,PI和PTFE基复合材料的超声减摩幅度分别为54.4%和40.7%;真空环境下,摩擦副相对运动时间非常短,产生的热量对界面摩擦特性影响不明显。

关键词： 滚珠丝杠副   超声振动   压电振子   减摩   扭转模态  

摘要： 提出了一种减小滚珠丝杠副摩擦力的超声振动减摩振子。将压电振子与螺母通过螺栓在法兰处相连,通过激发减摩振子的二阶扭转振动模态,实现对滚珠丝杠副的减摩。利用有限元法对减摩振子进行模态分析,最终确定了其主要结构的尺寸,并试制了样件。对减摩振子进行了实验测试,验证了该减摩方法的可行性。

关键词： 超声振动减摩   滚珠丝杠副   扭转模态   正交试验  

摘要： 该文提出了一种减小滚珠丝杠副摩擦力的超声振动减摩振子。将激振器与滚珠丝杠的螺母通过螺栓在法兰处相连,通过激发减摩振子的二阶扭转振动模态,实现对滚珠丝杠副的减摩。利用有限元分析软件对减摩振子进行模态分析并对激振器套筒长度、激振器法兰厚度及内孔直径进行正交试验,通过优选得到最佳组合并确定其主要结构尺寸,试制了样件。最后对减摩振子进行实验测试,验证了该减摩方法的可行性。

关键词： DFP系统   超声电机   快速机动   超声减摩   启停特性   CANopen协议  

摘要： 随着深空望远镜、星间激光通信等航天活动的不断发展,航天器携带的高性能载荷对姿态稳定度和指向精度的要求越来越高,由此对振动隔离技术提出了更高要求。现有最先进的无扰有效载荷平台(Disturbance-free Payload,DFP)通过非接触执行器将卫星分为无接触的载荷模块和支持模块,实现有效载荷与振动源分离,但却具有调姿机动性受限等缺点。基于此,本文提出由超声电机驱动的调姿机械臂和调姿平台组成的超稳卫星隔振/调姿平台,在保证隔振性能的同时实现了载荷模块的快速机动。 论文研究内容如下: 详细分析了超稳卫星平台的系统构成及功能。通过超声电机控制调姿机械臂实现载荷模块的隔振与调姿,通过连接模块上的电磁铁实现调姿模块与载荷模块的连接与分离。研究了使用超声电机实现载荷模块的柔性捕获及精准调姿的原理。 搭建了系统测试平台。结构上,设计了超声电机驱动的二自由度机械臂。硬件上,引入CAN总线将系统分为了主控制器主站和驱动器从站,并设计了超声电机驱动电路。软件上,移植Free RTOS用于任务管理,移植CANopen协议实现多电机控制,并基于Qt设计了上位机。 为减小调姿阶段载荷的扰动,分阶段设计了载荷的减振方案。首先,为实现载荷的柔性捕获,测试了不同驱动和工作条件下的电机超声减摩性能。其次,为避免启停阶段加速度突变引起载荷振动,测试了电机启停特性,并引入了S型加减速算法,设计了各电机的柔顺启停方案。再次,为提高电机速度稳定性,设计了“位置环+速度环”的串级PID算法。最后,为实现载荷平稳定位,设计了开环一步定位方法。初步实验结果表明,载荷定位误差在0.2°内,且载荷的振动较无减振时大为减小。