【摘要】：壓電作動器因具有精度高和運動精確控制等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注,在某些場合下傳統(tǒng)的作動器將無法進行正常工作,如低溫、高溫和電磁干擾的工作環(huán)境,而壓電作動器的出現(xiàn)就是為了滿足這些特殊環(huán)境要求。本文研究的雙足壓電作動器,是基于二級杠桿和直圓型柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計的一種非共振型壓電作動器,具有響應(yīng)快和速度大的特點。主要研究內(nèi)容如下:介紹了壓電作動器的應(yīng)用背景和特點,概述了壓電作動器的研究現(xiàn)狀;對比了共振型和非共振型壓電作動器的優(yōu)劣,提出了本文設(shè)計的壓電作動器。概述了壓電材料的基本特性,列出了壓電疊堆的使用方法;對型號NAC2013-H04的壓電疊堆進行了輸出特性仿真研究。根據(jù)二級杠桿放大原理和直圓型柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計了該壓電作動器的結(jié)構(gòu),并對其工作原理進行了闡述;對壓電作動器定子的放大能力做了理論和仿真研究,理論值約為12.8,仿真值約為11.284;對壓電作動器做了動力學(xué)分析。進一步提出了對壓電作動器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案。通過計算數(shù)據(jù)和圖表的形式確定鉸鏈參數(shù)與剛度的關(guān)系,為后續(xù)壓電作動器結(jié)構(gòu)優(yōu)化內(nèi)容提供依據(jù);使用ANSYS Workbench對直圓型柔性鉸鏈的參數(shù)特征進行了優(yōu)化設(shè)計,優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定為定子的放大倍數(shù)能力;優(yōu)化了作動器中定子的驅(qū)動足形狀等。制作了該壓電作動器的實物,并且對壓電作動器的運動能力和負載能力進行了實驗研究,該作動器的最大移動速度達到14.286mm/S,定子的放大能力約為9.146,負載能力為1.7N;在實物裝配和實驗的基礎(chǔ)上提出了對該壓電作動器相關(guān)結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化和改進。對壓電作動器的研究內(nèi)容進行了歸納,并列出了壓電作動器結(jié)構(gòu)后續(xù)需要改進優(yōu)化的方面以及對進一步的研究方向進行展望。
[Abstract]:Piezoelectric actuators have attracted wide attention because of their high precision and precise motion control. In some cases, the traditional actuators will not be able to work normally, such as low temperature, high temperature and electromagnetic interference. Piezoelectric actuators are designed to meet these special environmental requirements. The biped piezoelectric actuator studied in this paper is a kind of non-resonant piezoelectric actuator based on two-stage lever and straight circular flexure hinge structure. It has the characteristics of fast response and large speed. The main research contents are as follows: the application background and characteristics of piezoelectric actuators are introduced, the research status of piezoelectric actuators is summarized, the advantages and disadvantages of resonant and non-resonant piezoelectric actuators are compared, and the piezoelectric actuators designed in this paper are proposed. The basic characteristics of piezoelectric materials are summarized, the application methods of piezoelectric stack are listed, and the output characteristics of piezoelectric stack of NAC2013-H04 are simulated. The structure of the piezoelectric actuator is designed according to the principle of two-stage lever amplification and the structure of straight circular flexure hinge, and its working principle is described. The theory and simulation of the stator amplification ability of piezoelectric actuator are studied, the theoretical value is about 12.8and the simulation value is about 11.284.The dynamic analysis of the piezoelectric actuator is made. Furthermore, the optimization scheme of piezoelectric actuator structure is proposed. The relationship between hinge parameters and stiffness is determined by calculating data and charts, which provides the basis for the optimization of the structure of subsequent piezoelectric actuators. The parameter characteristics of the straight circular flexure hinge are optimized by using ANSYS Workbench to optimize the performance of the stator magnification and the shape of the stator drive foot in the actuator. The material of the piezoelectric actuator is made, and the motion and load capacity of the piezoelectric actuator is studied experimentally. The maximum moving speed of the actuator is 14.286 mm / s, and the stator amplification ability is about 9.146 mm / s, the maximum speed of the actuator is 14.286 mm / s, and the output of the stator is about 9.146 mm / s, the maximum speed of the actuator is 14.286 mm / s. The load capacity is 1.7 N; On the basis of physical assembly and experiments, further optimization and improvement of the related structure of the piezoelectric actuator are proposed. The research contents of piezoelectric actuators are summarized, and the following aspects of the piezoelectric actuator structure are listed, which need to be improved and optimized, and the future research directions are prospected.
【學(xué)位授予單位】：安徽工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH122

【參考文獻】

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本文編號：2402416