【摘要】：隨著電子科技的蓬勃發(fā)展,尖端設(shè)備的發(fā)展越來(lái)越趨于高度集成化與小型化。其中,在運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方面,壓電作動(dòng)器因?yàn)榫邆浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,能量密度高且不受電磁干擾等特點(diǎn),十分適于整合到小型機(jī)電系統(tǒng)當(dāng)中。然而,由于壓電器件中壓電陶瓷的場(chǎng)致應(yīng)變非常小,使得絕大多數(shù)的壓電作動(dòng)器件需要較高的驅(qū)動(dòng)電壓,高電壓驅(qū)動(dòng)使壓電作動(dòng)器的應(yīng)用領(lǐng)域受到極大限制,嚴(yán)重制約了其在諸多領(lǐng)域內(nèi)的綜合性應(yīng)用。比如,在航空航天領(lǐng)域中,降低壓電作動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓可有效地減輕電源的質(zhì)量和減少火災(zāi)隱患。與此同時(shí),將壓電作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電壓降低至人體安全電壓在醫(yī)療器械領(lǐng)域中的需求也是十分迫切的。因此,研發(fā)低電壓驅(qū)動(dòng)的壓電作動(dòng)器是現(xiàn)如今壓電技術(shù)發(fā)展的重要方向。本文的主要內(nèi)容包括:1、在分析現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)型超聲電機(jī)和非共振旋轉(zhuǎn)壓電作動(dòng)器各自的優(yōu)勢(shì)與不足的基礎(chǔ)上,由于壓電疊堆具備低電壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn),選擇壓電疊堆作為核心激振單元。2、結(jié)合壓電疊堆的輸出特性提出了與其適配的柔性?shī)A持機(jī)構(gòu),建立了包括柔性鉸鏈、柔性曲殼、柔性杠桿等柔性結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型,為后續(xù)壓電作動(dòng)器的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)結(jié)合超聲電機(jī)摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)理和現(xiàn)有的非共振壓電作動(dòng)技術(shù),提出利用多級(jí)柔性杠桿之間的聯(lián)動(dòng)將壓電疊堆輸出位移放大的方法實(shí)現(xiàn)作動(dòng)器在非共振狀態(tài)下的摩擦驅(qū)動(dòng),設(shè)計(jì)了一種多級(jí)杠桿聯(lián)動(dòng)型壓電旋轉(zhuǎn)作動(dòng)器。通過(guò)參數(shù)化仿真的辦法,優(yōu)化了該作動(dòng)器內(nèi)部柔性杠桿的空間排布與幾何尺寸,增強(qiáng)了柔性杠桿的位移放大效果。制作原理樣機(jī)并進(jìn)行了樣機(jī)的性能測(cè)試測(cè)試,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該電機(jī)可在4KHz范圍內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行。3、為了深入杠桿聯(lián)動(dòng)型壓電作動(dòng)器的研究,基于三點(diǎn)定圓理論并通過(guò)結(jié)構(gòu)拓?fù)渥儞Q的方法,設(shè)計(jì)了一種正三角形柔性定子結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)可驅(qū)動(dòng)環(huán)形轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。本文對(duì)該電機(jī)的設(shè)計(jì)原理、仿真優(yōu)化、接觸模型、控制方法做了初步的解釋與討論,為進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。綜上,本文以實(shí)現(xiàn)低電壓驅(qū)動(dòng)作為目的,設(shè)計(jì)了適用于不同要求的旋轉(zhuǎn)型壓電作動(dòng)器的新結(jié)構(gòu),致力于擴(kuò)寬壓電作動(dòng)器的應(yīng)用范圍,為高端裝備提供低電壓驅(qū)動(dòng)的新型壓電作動(dòng)器。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN384
【圖文】：

低電壓驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)型壓電作動(dòng)器研究選用壓電疊堆作為核心激振單元，系統(tǒng)討論了壓電疊堆的振動(dòng)特性以及與之適配的作動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1.1.1 研究背景在 2013 年，我國(guó)的嫦娥三號(hào)空間探測(cè)器所搭載的玉兔號(hào)在月球表面著陸，玉兔號(hào)內(nèi)用于驅(qū)動(dòng)紅外光譜儀的動(dòng)力裝置所采用的是南京航空航天大學(xué)研制的超聲波電機(jī)，如圖 1.1 所示。至此，中國(guó)成為世界上第二個(gè)將超聲電機(jī)應(yīng)用到外太空的國(guó)家。這一成功的案例預(yù)示著壓電電機(jī)在未來(lái)的人類空間活動(dòng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。具有相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)的人員所熟知的是，壓電類電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓同比相似尺寸的電磁類電機(jī)高，容易在接觸不良的狀態(tài)下發(fā)生電機(jī)打火，存在一定的安全隱患�；馂�(zāi)事故是人類太空活動(dòng)中的多發(fā)事故之一，其影響十分嚴(yán)重，比如在 1967年，美國(guó)宇航局的阿波羅一號(hào)空間探測(cè)器就因?yàn)榛馂?zāi)事故導(dǎo)致三名宇航員遇難，如圖 1.2 所示，事故原因是航天器中的電子設(shè)備打火，在艙內(nèi)純氧環(huán)境中火情迅速不受控制。

低電壓驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)型壓電作動(dòng)器研究選用壓電疊堆作為核心激振單元，系統(tǒng)討論了壓電疊堆的振動(dòng)特性以及與之適配的作動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1.1.1 研究背景在 2013 年，我國(guó)的嫦娥三號(hào)空間探測(cè)器所搭載的玉兔號(hào)在月球表面著陸，玉兔號(hào)內(nèi)用于驅(qū)動(dòng)紅外光譜儀的動(dòng)力裝置所采用的是南京航空航天大學(xué)研制的超聲波電機(jī)，如圖 1.1 所示。至此，中國(guó)成為世界上第二個(gè)將超聲電機(jī)應(yīng)用到外太空的國(guó)家。這一成功的案例預(yù)示著壓電電機(jī)在未來(lái)的人類空間活動(dòng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。具有相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)的人員所熟知的是，壓電類電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓同比相似尺寸的電磁類電機(jī)高，容易在接觸不良的狀態(tài)下發(fā)生電機(jī)打火，存在一定的安全隱患�；馂�(zāi)事故是人類太空活動(dòng)中的多發(fā)事故之一，其影響十分嚴(yán)重，比如在 1967年，美國(guó)宇航局的阿波羅一號(hào)空間探測(cè)器就因?yàn)榛馂?zāi)事故導(dǎo)致三名宇航員遇難，如圖 1.2 所示，事故原因是航天器中的電子設(shè)備打火，在艙內(nèi)純氧環(huán)境中火情迅速不受控制。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2733016