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苏州市职业大学功率超声与振动研究中心

发布时间:2022-04-01 浏览次数:

一、团队负责人

 

汪红兵,男,1977年生,教授。江苏省“青蓝工程”优秀骨干教师、校教学名师。研究方向为压电驱动与俘能技术、CAD/CAM。主持苏州市科技计划项目2项,主要参与国家自然基金项目3项、省级科技项目1项、市厅级科技项目4项。以第一发明人授权发明专利6项,转让发明专利1项;编写教材2部;以第一作者发表论文20余篇,其中中文核心期刊论文14篇,SCI/EI收录6篇;获得第十五届全国多媒体课件大赛高职组二等奖1项;指导学生获得江苏省普通高校本专科优秀毕业设计(论文)二等奖1项;获得苏州市自然科学优秀学术论文三等奖2;指导学生完成江苏省大学生实践创新训练计划项目1项;指导学生参加第十五届江苏省大学生课外学术科技作品竞赛暨“挑战杯”江苏省选拔赛,获得一等奖和三等奖各一项。

二:团队主要骨干人员情况

(一)    团队人员梯队结构情况

目前本研究中心总人数8人,其中教授4人,高级实验师2名、讲师2人,江苏省青蓝工程培养对象3人,江苏省333工程培养对象1人,校教学名师1人。

(二)    主要学术骨干情况简介


孙春华,1966年生,博士、教授,江苏省“3C产品智能制造工程技术研究开发中心”主任、江苏省“333高层次人才培养工程第三层次培养对象、东京工业大学客座研究员、南京航空航天大学博士后、苏州市紧缺人才。长期从事数字化设计与制造教科研工作,主要从事逆向工程、增材制造、压电俘能等研究。主持完成国家自然科学基金项目1项、省厅局级及横向项目10余项;主要参与完成国家自然科学基金项目3项、日本科学技术振兴协会项目和十一五全国教育科学规划课题各1项。已发表论文50余篇,其中被SCIEI收录17篇,获得专利授权18项、软件著作权3项、转让专利2项。主编教材2本,参编2本,其中1本获得十三五全国职业教育规划教材。

刘旭,1985年生,高级实验师、高级工程师、技师,苏州市青年岗位能手、校优秀创新创业导师。研究方向为现代机械制造技术、精密加工。以第一作者发表论文20余篇,其中中文核心期刊论文12篇;以第一发明人授权发明专利5项,实用新型专利20余项,转让发明专利1项;主持或参与市级科研项目5项,主持企业横项项目多项。主编省重点教材2部;指导江苏省大学生实践创新训练计划项目5项,指导学生获第十五届、十七届挑战杯江苏省决赛一等奖2项、获江苏省优秀毕业设计(论文)一等奖1项、获挑战杯彩虹人生江苏省二等奖1项、获江苏省“互联网+”大赛二等奖1项以及其它各类省级以上获奖10多项;个人获华东高校实践教学比赛一等奖、江苏省工科学校先进制造技术比赛二等奖、江苏省微课教学比赛三等奖、省教科院多媒体课件比赛一等奖等。

三、团队主要研究方向

本研究团队主要形成了压电驱动理论与技术和压电俘能技术两个主要研究方向,简介如下:

 研究方向一:压电驱动理论与技术

本研究方向主要围绕超声换能器优化设计、高性能压电驱动器设计理论与方法、压电驱动在智能装备中的应用。该方向在国家自然科学基金、多个江苏省和苏州市科技计划项目等课题的支持下,取得了重要进展。

研究方向二:压电俘能技术

本研究方向主要内容有不同环境振动载荷下压电振动能量收集机理研究、压电能量收集与光电、磁电、静电、热电等能量收集系统的交叉作用研究、智能可穿戴式压电振动能量收集器研制与产业化。该方向在国家自然科学基金、江苏省科技计划项目等课题的支持下,取得了重要进展。

四、研究工作的技术优势及研究特色

1、压电驱动技术:研究团队长期对超声电机及其控制系统开展研究,以第一单位与同济大学合作完成了一项国家自然科学基金“基于层叠式压电陶瓷作动器的直线型超声电机研究”,开发了三个新型压电叠堆驱动器,对其结构进行优化,以提高驱动头振幅为目标,调整结构参数,从而提高驱动器驱动效率和驱动力。已经授权发明专利。

2、超声加工与超声复合加工:研究团队与南京航空航天大学合作完成了机械结构力学与控制国家重点实验室项目“微细深孔超声电火花复合加工技术的研究”,开展了超声电火花复合加工的一些研究,完成超声振子的动力学分析设计与制造,该振子是由纵振超声换能器与工件刚性装夹连接在一起,装置的动态性能满足电火花加工的要求。装置已经授权发明专利。

3、压电俘能技术:研究团队在压电式路面能量收集技术方面做了一些有益的探讨,以第一单位与同济大学合作完成了一项国家自然科学基金“路面振动压电俘能系统的动力学特性及俘能机理研究”,研制了阵列式压电俘能器,对其俘能效果进行了实验研究。多个压电俘能装置获得发明专利授权。

五、团队标志性成果情况

标志性成果基于层叠式压电陶瓷作动器的直线超声电机

综合考虑压电陶瓷配方及工艺、层叠式压电陶瓷作动器(简称压电叠堆)和超声电机,研制了V形直线超声电机。主要研究内容包括:硬压电陶瓷配方优选,压电叠堆的无压低温共烧工艺、器件制作及性能测试,压电叠堆及V形直线电机的结构动力学分析和性能优化,原型样机的结构动力学设计、制造及特性测试,电机输出性能仿真。所研制的0.5% Co掺杂Pb0.98Bi0.02Zr0.51Ti0.48 Zn0.01O3压电陶瓷,950摄氏度烧结5小时,压电性能参数如下: 相对介电常数为1190,压电常数为270pC/N,机电耦合系数分别为0.54Kp)、0.46Kt, 居里温度为346摄氏度,介电损耗角正切为0.6℅。所研制的三种压电驱动器具有不同的外形尺寸和推力速度指标,可适应多种环境下不同的驱动要求。一种压电驱动器性能测试表明当激励电压15V、频率38000Hz时该压电驱动器的无负载速可达到100.5mm/s,最大推力可达到38.8N,驱动器定子推重比为97 N/kg,因此压电驱动器呈低速、大推力的特性。一种压电驱动器当激励电压15V、频率38000Hz时,样机的无负载最大速度为30mm/s,以及最大推力为2.2N,最大推重比从97 N/kg增加到157 N/kg。一种压电驱动器在电压峰值5V、激励频率96.915Hz时,最大运行速度达到25.78mm/s,最大输出推力为2.14N。

上述实验数据表明,本项目实现了超声电机的低电压高效驱动、高温运行和微小型化。所采用的压电叠堆配方和烧制工艺,所建立的超声电机设计理论和方法,对于压电叠堆的国产化、微小型超声电机的产业化,都具有指导意义。