發(fā)布時間：2017-12-17 03:09

  本文關(guān)鍵詞：V型雙振子螺桿式直線壓電作動器研究

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【摘要】：壓電作動器因其易于微型化、響應(yīng)快、可直驅(qū)以及斷電自鎖等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于微型機(jī)器人、航空航天、醫(yī)療器械以及MEMS等一些高精度定位要求的領(lǐng)域。本文基于將壓電材料的超聲振動和精密螺旋傳動相結(jié)合,提出一種螺桿式壓電作動器,用作面向微細(xì)加工/微細(xì)作業(yè)等裝備的通用驅(qū)動單元。針對貼片式壓電作動器的壓電陶瓷易脫落、輸出效率低等缺陷,本文提出了一種V型雙振子螺桿式直線壓電作動器。該作動器利用雙振子激勵定子圓筒,使其表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生微幅振動,通過螺母和螺桿之間的摩擦耦合驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動,進(jìn)而直接驅(qū)動負(fù)載工作。壓電振子采用夾心式結(jié)構(gòu),利用壓電陶瓷的縱向工作模態(tài)d33模式工作。本文歸納了壓電材料的壓電效應(yīng)、壓電方程及表征其特性的重要參數(shù),運(yùn)用振動理論分別對作動器定子圓筒和彈性體振子進(jìn)行了振動特性分析,揭示了彈性體振子在作動器工作過程中循環(huán)往復(fù)地作左右、上下彎曲振動。通過分析作動器定子圓筒表面驅(qū)動點(diǎn)的振動軌跡,進(jìn)一步闡釋了壓電作動器的致動機(jī)理。對作動器定子進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇,運(yùn)用有限元法探討了定子結(jié)構(gòu)參數(shù)對定子諧振頻率和諧振振幅的影響規(guī)律,優(yōu)化了作動器定子結(jié)構(gòu)。通過對其進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,確定了作動器理論工作頻率為9.801KHz。研制了作動器實(shí)驗(yàn)樣機(jī),搭建了實(shí)驗(yàn)裝置平臺并對其機(jī)械輸出性能進(jìn)行測試,并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,驗(yàn)證了理論分析和仿真結(jié)果的正確性。在Vpp=300V條件下,實(shí)測作動器樣機(jī)工作頻率為9.7KHz,略低于ANSYS仿真分析結(jié)果。無負(fù)載最大運(yùn)行速度為1.202mm/s,最大軸向力為2.3N。根據(jù)作動器的工作振型及其相應(yīng)頻率,設(shè)計了作動器專用驅(qū)動電源。
【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】：TH703

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本文編號：1298504