在高精度微調機構的研究中,面臨的是一個包括多個部件、剛性與柔性并存、綜合的力學-電學問題,對于機構的高精度微調指向性能以及后續(xù)的控制研究中,需要建立并得到整個系統的輸入與輸出的關系,即壓電驅動器的輸入電壓和微調機構的指向關系。采用壓電六自由度并聯機構作為平臺,基于壓電材料的力電耦合理論,在考慮力電耦合效應、位移放大機構的彈性變形的影響下,提出并建立了平臺的全系統解析和數值預測方法,其中分別包括了整個平臺系統的部件級和系統級的分析理論及數值模擬方法。計算結果表明,所提出的解析和數值方法能夠對此類六自由度平臺的運動進行預測,通過壓電驅動器的輸入電壓得到最終的平臺輸出姿態(tài),這對高精度微調機構的設計提供了新的研究手段和重要指導依據。 

【文章來源】：機械工程學報. 2020,56(07)北大核心EICSCD

【文章頁數】：6 頁

【部分圖文】：

六自由度平臺位移云圖表3平動狀態(tài)下支腿位移的理論值

?ABAQUS中，壓電材料的本構方程使用e-form形式[16]，如下所示=EijijklklkijkσcεeEiiklklikkDeEε=ε+λ(1)式中，ijc為壓電材料的彈性常數；ijσ表示應力分量；klε表示應變分量；iD表示電位移分量；kE表示電場強度；ikελ表示介電常數。1.2結果與討論壓電陶瓷堆棧尺寸分別為：a=b=7mm，c=62mm，由三維8節(jié)點線性壓電實體單元C3D8E進行劃分，對其在施加150V電壓的條件下的剛度和位移分別進行了計算，計算結果如圖2所示，并將結果與試驗值[15]進行比較，如表1所示。圖2壓電陶瓷堆棧有限元計算表1計算結果技術參數試驗值計算值相對誤差(%)剛度/(N/μm)20.021.68.0位移/μm99.099.72.1由表1可以看到，所采用的等效計算能夠較好地預測實現結果，因此利用有限元進行壓電材料的力電耦合建模與仿真能夠描述其電致應變的行為。2壓電堆驅動位移放大機構的建模與仿真2.1研究對象與研究方法壓電堆位移放大機構由NAC2014-H62型壓電堆和菱形位移放大機構組成，放大機構材料采用65Mn彈簧鋼。同樣，在本節(jié)的研究中，為了簡化，用各向同性材料的等效壓電陶瓷模型來對堆棧結構進行等效計算。壓電堆和位移放大機構之間為剛性連接。其中壓電堆在電壓的激勵下在軸向方向產生位移，以此作為整個放大機構的位移激勵，其工作

壓U與輸出位移Bu之間的解析式。2.2結果與討論壓電堆驅動位移放大機構斜邊長度L=24mm，如圖4所示，斜邊角度θ=7.5°，E=200GPa，b=7mm，t=2mm，菱形框架的橫向剛度ink=71×10N/m，壓電堆的剛度pk=72×10N/m，d=76.6510×m/V。圖4壓電驅動位移放大機構同樣，壓電堆由三維8節(jié)點線性壓電實體單元C3D8E進行劃分，對其在施加150V電壓的條件下位移放大機構的位移進行了計算，并與式(6)的理論值進行對比，計算結果如圖5和表2所示。圖5壓電驅動位移放大機構計算表2計算結果參數理論值/mm仿真值/mm相對誤差(%)A點位移6.65×10–26.60×10–20.8B點位移0.330.323.0放大系數5.044.853.8由表2可以看到，本文所建立的解析表達式能夠

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3636681