本文關(guān)鍵詞：雙彎曲螺桿型壓電作動器設(shè)計制作與實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 壓電作動器 精密螺旋傳動 壓電振動 旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動

【摘要】：壓電電機(jī)是近年來迅速發(fā)展起來的一種新型電機(jī),它是以壓電材料的逆壓電效應(yīng)為電機(jī)的驅(qū)動源,迫使其電機(jī)定子產(chǎn)生振動,進(jìn)而通過轉(zhuǎn)子與定子間的摩擦副傳遞力和力矩。由于壓電電機(jī)驅(qū)動原理與傳統(tǒng)的電磁型電機(jī)不同,具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、易于實(shí)現(xiàn)微型化等特點(diǎn),能夠滿足人們對微型驅(qū)動器提出的諸多新要求,在醫(yī)療、航天、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等一些磁場敏感度高且高定位精度要求的領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本文將精密螺旋傳動和壓電振動相結(jié)合,提出一種雙彎曲螺桿型壓電作動器。作動器主要是利用自由約束的圓柱體在空間上相互正交的兩個一階彎曲振型,將壓電陶瓷片置于其最大應(yīng)變處,通過振動的疊加在定子驅(qū)動端的內(nèi)表面合成一個驅(qū)動行波,通過螺紋副實(shí)現(xiàn)了輸出軸的旋轉(zhuǎn)-直線運(yùn)動的輸出。首先,介紹了該壓電作動器的結(jié)構(gòu)及其工作原理,包括自由梁的彎曲振動,壓電元件的振動模式,定子端面行波的合成,定子端表面質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動的形成,以及螺紋驅(qū)動的機(jī)理。通過對作動器驅(qū)動機(jī)理的分析,為其結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)。其次,根據(jù)理論分析,在ANSYS有限元分析軟件中建立作動器定子有限元模型。通過對作動器定子的模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,得出了定子材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸對定子工作頻率和端面振幅影響的關(guān)系曲線,借此進(jìn)行定子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,從而確定了定子結(jié)構(gòu)參數(shù)的具體尺寸。最后,根據(jù)定子結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果制作了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)和專用驅(qū)動電源,通過具體的測試數(shù)據(jù)驗(yàn)證了理論分析和仿真研究的正確性。在驅(qū)動頻率15.8kHz、電壓峰峰值為300V的情況下,該作動器的最大輸出力為2.5N,最大空載速度為1.146mm/s。
【關(guān)鍵詞】：壓電作動器 精密螺旋傳動 壓電振動 旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM302
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-20
• 1.1 本文研究背景及意義9-10
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究意義10
• 1.2 壓電電機(jī)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 壓電電機(jī)的發(fā)展10-13
• 1.2.2 螺紋驅(qū)動型壓電電機(jī)的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 壓電電機(jī)的特點(diǎn)、分類及應(yīng)用15-19
• 1.3.1 壓電電機(jī)的特點(diǎn)15-17
• 1.3.2 壓電電機(jī)的分類17
• 1.3.3 壓電電機(jī)的應(yīng)用17-19
• 1.4 主要研究內(nèi)容19-20
• 第二章 雙彎曲螺桿型壓電作動器設(shè)計與分析20-40
• 2.1 壓電分析20-28
• 2.1.1 壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)20-21
• 2.1.2 壓電材料的性質(zhì)21-28
• 2.2 彎曲振動分析28-31
• 2.3 作動器結(jié)構(gòu)設(shè)計31-32
• 2.4 驅(qū)動原理分析32-38
• 2.4.1 作動器的工作原理32-34
• 2.4.2 端面行波的產(chǎn)生34-36
• 2.4.3 端面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡36-37
• 2.4.4 有效驅(qū)動分析37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-40
• 第三章 作動器材料選擇與參數(shù)優(yōu)化40-51
• 3.1 模態(tài)分析概述40-42
• 3.2 定子有限元模型建立42-44
• 3.2.1 結(jié)構(gòu)單元選擇42
• 3.2.2 材料參數(shù)與尺寸參數(shù)42-44
• 3.2.3 模型建立與網(wǎng)格劃分44
• 3.3 定子結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析及工作模態(tài)的選擇44-45
• 3.4 定子的材料選擇與結(jié)構(gòu)優(yōu)化45-50
• 3.4.1 定子材料的選擇45-48
• 3.4.2 定子結(jié)構(gòu)優(yōu)化48-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第四章 雙彎曲螺桿型壓電作動器實(shí)驗(yàn)研究51-59
• 4.1 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)與實(shí)驗(yàn)裝置51-52
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)51-52
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置52
• 4.2 作動器的模態(tài)實(shí)驗(yàn)52-53
• 4.3 作動器輸出性能測試53-55
• 4.3.1 作動器輸出速度與驅(qū)動頻率的關(guān)系53
• 4.3.2 作動器輸出速度與相差的關(guān)系53-54
• 4.3.3 作動器輸出特性與驅(qū)動電壓的關(guān)系54-55
• 4.3.4 作動器機(jī)械特性55
• 4.4 驅(qū)動電源設(shè)計55-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 總結(jié)和展望59-61
• 5.1 全文總結(jié)59-60
• 5.2 本文的創(chuàng)新點(diǎn)60
• 5.3 今后研究工作展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 致謝65-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及學(xué)術(shù)成果66-67

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王鈺鋒;郭詠新;毛劍琴;;壓電作動器的率相關(guān)遲滯建模與跟蹤控制[J];光學(xué)精密工程;2014年03期

2 楊智春;王巍;;一種新型壓電作動器及在結(jié)構(gòu)振動主動控制中的應(yīng)用[J];機(jī)械強(qiáng)度;2008年05期

3 謝石林,張希農(nóng);書本式壓電作動器的特性分析[J];振動工程學(xué)報;2004年01期

4 白冰,常軍,劉正興;梁振動控制中壓電作動器的位置優(yōu)化準(zhǔn)則[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2005年02期

5 陳西府;周海;惠學(xué)芹;黃傳錦;;壓電作動器在精密定位中的研究與發(fā)展[J];科技信息;2011年36期

6 王威遠(yuǎn);王聰;鄒振祝;;含有粘貼式壓電作動器的錐殼結(jié)構(gòu)振動主動控制研究(英文)[J];哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年06期

7 胡芳;張志誼;華宏星;;振動控制中壓電作動器非線性的補(bǔ)償方法研究[J];振動與沖擊;2010年11期

8 馬馳騁;張希農(nóng);謝石林;;溫度梯度場中梁的形變控制研究[J];振動工程學(xué)報;2012年02期

9 潘繼;陳龍祥;蔡國平;;柔性板壓電作動器的優(yōu)化位置與主動控制實(shí)驗(yàn)研究[J];振動與沖擊;2010年02期

10 陳超;李繁;嚴(yán)小軍;賈兵;沙立;;非接觸式球形轉(zhuǎn)子壓電作動器的研究[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2012年06期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王巍;楊智春;;一種新型壓電作動器的特性及應(yīng)用研究[A];第九屆全國振動理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

2 張治君;徐明龍;馮勃;;一種新型壓電作動器的研究[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2009論文摘要集[C];2009年

3 王巍;楊智春;;一種新型壓電作動器的特性及應(yīng)用研究[A];第九屆全國振動理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

4 潘繼;蔡國平;陳龍祥;;柔性板主動控制中壓電作動器優(yōu)化位置的粒子群方法[A];第八屆全國動力學(xué)與控制學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

5 白瑞祥;陳浩然;王琦;;粘貼壓電作動器層合板在熱載荷作用下的形狀控制和電壓優(yōu)化[A];第十五屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C];2008年

6 于洋;張希農(nóng);謝石林;;使用層疊式壓電作動器對薄板進(jìn)行形狀控制方法[A];第三屆全國壓電和聲波理論及器件技術(shù)研討會論文集[C];2008年

7 馬馳騁;張希農(nóng);謝石林;;溫度梯度場中梁的形變控制研究[A];第十屆全國振動理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（2011）上冊[C];2011年

8 王曉明;亢戰(zhàn);;多層壓電作動器結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計[A];結(jié)構(gòu)及多學(xué)科優(yōu)化工程應(yīng)用與理論研討會’2009（CSMO-2009）論文集[C];2009年

9 張亞紅;張希農(nóng);;層疊式PVDF壓電作動器及圓柱殼的振動主動控制[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

10 陳龍祥;蔡國平;;柔性懸臂梁的多時滯最優(yōu)控制[A];第九屆全國振動理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 李志強(qiáng);V型雙振子螺桿式直線壓電作動器研究[D];太原科技大學(xué);2015年

2 孟玉明;雙彎曲螺桿型壓電作動器設(shè)計制作與實(shí)驗(yàn)研究[D];太原科技大學(xué);2015年

3 趙媛;螺桿型直線壓電作動器的驅(qū)動控制研究[D];太原科技大學(xué);2015年

4 孫運(yùn)濤;非接觸式直線型超聲壓電作動器的研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

5 楊靜;基于壓電作動器的振動控制執(zhí)行裝置研究[D];西安電子科技大學(xué);2004年

6 楊濤;壓電作動器建模與非線性控制技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2005年

7 方元坤;基于壓電陶瓷的精密定位技術(shù)研究及實(shí)現(xiàn)[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2005年

8 張本鋒;壓電作動器驅(qū)動技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

9 王均山;近聲場懸浮式壓電作動器及其在陀螺儀中的應(yīng)用[D];南京航空航天大學(xué);2014年

，

本文編號：623811