【摘要】： 本文將壓電驅動與液壓傳動技術相結合,提出了一種新型的壓電疊堆驅動式液壓直線馬達(壓電液壓直線馬達),它具有壓電驅動與液壓馬達的綜合技術優(yōu)勢。研究中以壓電疊堆泵為動力元件驅動液體循環(huán)實現(xiàn)動力傳輸與運動轉換,進而形成液壓缸的宏觀直線運動,主要研究內(nèi)容如下: 1.建立了壓電疊堆驅動器的力學模型,研究壓電疊堆變形量及驅動力與其結構參數(shù)和控制參數(shù)間的關系;獲得壓電疊堆驅動器機電能量轉換效率及機械效率的影響因素,在此基礎上對壓電疊堆的幅頻特性進行了測試,為壓電液壓直線馬達的設計提供依據(jù)。 2.建立了包括壓電疊堆、單向閥及液壓缸在內(nèi)的壓電液壓馬達系統(tǒng)的的簡化模型,獲得了影響壓電液壓直線馬達工作性能的關鍵要素;研究了不同負載(彈性負載和恒力負載)對壓電液壓直線馬達機械效率的影響規(guī)律;分析相關結構參數(shù)(包括泵腔薄膜剛度、腔體高度、液壓缸直徑、單向閥的結構及法孔位置等)對壓電泵及壓電液壓直線馬達性能的影響規(guī)律,并給出相應的設計準則;對泵腔薄膜及剛性頂塊組合剛度進行了有限元分析。 3.設計研制了壓電液壓直線馬達試驗樣機,并以泵腔薄膜剛度和腔體高度為調(diào)整對象,進行壓電泵及壓電液壓直線馬達性能的測試與分析,獲得了相關參數(shù)對壓電泵流量、壓電液壓馬達輸出速度及驅動力的影響規(guī)律。試驗結果表明,利用壓電疊堆泵驅動流體循環(huán)可實現(xiàn)壓電液壓直線馬達的預期功能,試驗中所獲得的液壓馬達的最大速度和驅動力分別為11.8mm/s和90N,證明了壓電液壓直線馬達的可行性。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TH38
【圖文】：

閥控制相結合的類型上哪，27]，而國內(nèi)的研究還僅限于原理分析及模擬仿真階段128，29]，并無相關的試驗研究報道。由壓電液壓直線馬達的基本結構和原理簡圖(圖1、圖2)不難發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有的液壓傳動系統(tǒng)相比，其優(yōu)勢在于:體積小，結構簡單;集成度高，密封性好;易于通過電壓和頻率調(diào)整實現(xiàn)力和速度的實時控制;可通過一次循環(huán)一個液滴的方法實現(xiàn)步進式驅動，等等。因此，壓電液壓直線馬達比傳統(tǒng)液壓馬達的應用范圍更廣，更適用于航空航天、行走機器人、精密定位、伺服控制等微小系統(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)。動力軸壓電振子閥儲能器液 液壓缸 缸··(直動或轉動)))圖1一1壓電液壓馬達連接示意圖圖1一2集成式壓電液壓馬達結構簡圖壓電液壓直線馬達是將壓電驅動與液壓傳動技術相結合的混合驅動器，是壓電泵流體驅動功能的進一步發(fā)展，在結構和原理方面有別于現(xiàn)有的壓電直線馬達

操作等領域。目前，壓電直動式驅動器的研究已經(jīng)趨于成熟，壓電疊堆驅動器就是比較常見的一種直動式驅動器。國內(nèi)外已經(jīng)有很多公司生產(chǎn)相關的產(chǎn)品(圖1一3)，例如國外的德國P工公司、日本的TOKIN公司、美國的nPOINT公司等等，其定位平臺的精度能夠達到0.05一Inm。國內(nèi)的哈工大博實公司生產(chǎn)的精密定位工作臺位移分辨率能夠達到1一ZOnm。2005年韓國啟明大學設計了一種基于兩級杠桿放大原理的柔性鉸鏈微位移工作臺13’!，在閉環(huán)控制下，分辨率優(yōu)于30nln。華中科技大學研制了一種結構小巧的納米級精密定位平臺132]，并應用電容微位移傳感器對定位平臺實行反饋控制，有效地克服了壓電陶瓷執(zhí)行機構的非線性和遲滯效應，該系統(tǒng)定位精度優(yōu)于Inm。a德國PI公司的壓電疊堆產(chǎn)品b德國PI公司微動平臺c韓國微驅動實驗室設計的微定位系統(tǒng)圖1一3直動式壓電驅動器

利用慣性原理制成的慣性沖擊式直線馬達 (inertiaSlipmotor)，在時序控制電壓信號的作用下，可實現(xiàn)連續(xù)定向移動，行程較大，但是負載能力與其他方式相比較弱。其結構及工作原理如圖1一4所示。有關壓電慣性驅動技術的研究以日本東京大學T.Higuchi等人的課題組進行的最早、最為系統(tǒng)。他們研制的慣性驅動器在機器人、電火花加工和自動裝配線上均有很好的應用[33l。國內(nèi)的研究主要集中在高校，中國科技大學、上海交通大學和吉林大學等單位都進行了一些探索性的工作[34，3’l。吉林大學壓電驅動與控制技術實驗室基于慣性沖擊原理，研制出一種自由端帶有集中質量塊的懸臂式壓電驅動器，以壓電雙晶片為驅動單元，具有移動和旋轉 (((((盆》 St.rttt ------七二口口口口 }}}}}}}}}}} .......國 _ddddd ~~~~~￡邏當’ ’己 己己己 《.)密。d圖1一4慣性沖擊式精密驅動器原理圖二自由度的慣性沖擊式驅動器[35]。移動步長分辨率為0.08卜m，旋轉步長分辨率為1協(xié)rad，具有較好的綜合性能。嵌位式直線馬達 (inchwormmotor)是利用自然界某些爬行類動物行走的方法而提出的

【引證文獻】

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1 李鵬;晶片式壓電液壓驅動器的設計與試驗研究[D];吉林大學;2011年

本文編號：2803376