【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對(duì)智能電子設(shè)備的使用體驗(yàn)要求也變的越來(lái)越高,僅靠聲音來(lái)提供使用體驗(yàn)已無(wú)法滿足人們的需求,人們將視線轉(zhuǎn)向了觸覺(jué)反饋技術(shù),觸覺(jué)反饋技術(shù)是基于振動(dòng)馬達(dá)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的�，F(xiàn)有的振動(dòng)馬達(dá)技術(shù)雖然技術(shù)相對(duì)成熟,成本低廉,但有著許多缺陷,無(wú)法提供響應(yīng)時(shí)間更短,響應(yīng)頻率范圍更廣的觸覺(jué)體驗(yàn)。壓電振動(dòng)馬達(dá)是一種新興的觸覺(jué)反饋技術(shù),能創(chuàng)建更豐富細(xì)膩的觸覺(jué)體驗(yàn),它能提供單周期,快速啟動(dòng)的體驗(yàn),能夠控制振動(dòng)的頻率,幅度和相位,允許用戶控制振動(dòng)的感覺(jué)和強(qiáng)度,且具有低功耗、薄型、重量輕和無(wú)磁性的優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為專業(yè)生物醫(yī)學(xué)和工業(yè)通信領(lǐng)域的理想選擇。因此本文提出一種具有低功耗、強(qiáng)振動(dòng)、共振頻帶寬、響應(yīng)時(shí)間短的壓電振動(dòng)馬達(dá)。對(duì)壓電振動(dòng)馬達(dá)的分析研究?jī)?nèi)容如下:首先對(duì)現(xiàn)有振動(dòng)馬達(dá)的應(yīng)用前景和現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了分析研究。在綜合對(duì)比現(xiàn)有振動(dòng)馬達(dá)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)之后,總結(jié)出了壓電振動(dòng)馬達(dá)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景。介紹了壓電材料的特性及應(yīng)用優(yōu)勢(shì),著重陳述了壓電雙晶片振子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)及輸出響應(yīng)特性,為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和理論分析打下基礎(chǔ)。對(duì)壓電振動(dòng)馬達(dá)的振動(dòng)功耗進(jìn)行了理論分析,緊接著對(duì)壓電振動(dòng)馬達(dá)的動(dòng)子進(jìn)行了共振理論分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并利用商業(yè)軟件ANSYS對(duì)動(dòng)子進(jìn)行了模態(tài)和諧響應(yīng)分析,確定了合理的共振頻率階數(shù)并對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的薄弱部位進(jìn)行了強(qiáng)度加強(qiáng),利用ANSYS ACT插件模塊Piezo And MEMS進(jìn)行壓電耦合分析,得到了馬達(dá)動(dòng)子的頻率位移響應(yīng)曲線,為驗(yàn)證理論計(jì)算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了依據(jù)。建立了壓電振動(dòng)馬達(dá)的振動(dòng)數(shù)學(xué)模型,并設(shè)計(jì)出了一種壓電振動(dòng)馬達(dá)結(jié)構(gòu)。通過(guò)理論分析找到了影響振動(dòng)效果的關(guān)鍵因數(shù),利用AWE模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能對(duì)壓電振動(dòng)馬達(dá)整體振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真,得到了整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率和振動(dòng)加速度,通過(guò)參數(shù)化建模和優(yōu)化設(shè)計(jì)得到了最佳的結(jié)構(gòu)尺寸,并將整體振動(dòng)加速度提高了30%。最后制作了試驗(yàn)樣機(jī)并搭建了振動(dòng)測(cè)試平臺(tái),通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了如下結(jié)論:壓電振動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)在固有頻率下工作時(shí)有最大的振動(dòng)加速度和振動(dòng)位移量;當(dāng)系統(tǒng)阻尼越大時(shí)馬達(dá)的制動(dòng)時(shí)間越短,但系統(tǒng)功耗增大;當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓波形為正弦波時(shí),這時(shí)馬達(dá)系統(tǒng)有較大的振動(dòng)加速度且系統(tǒng)的噪音較小;本文設(shè)計(jì)的壓電振動(dòng)馬達(dá)在100V正弦波電壓驅(qū)動(dòng)下可以得到0.68m/s~2的振動(dòng)加速度,10ms以內(nèi)的啟動(dòng)停止時(shí)間,具有較寬的共振頻率帶和較小的振動(dòng)噪音。
【圖文】：

經(jīng)無(wú)法適應(yīng)時(shí)代的潮流，于是線性馬達(dá)就應(yīng)運(yùn)而生了，這種新簡(jiǎn)單、體積輕薄、定位更精準(zhǔn)、反應(yīng)速度快、靈敏度高、隨動(dòng)馬達(dá)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到智能手機(jī)上，但線性馬達(dá)響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較身的固有頻率，無(wú)法提供響應(yīng)時(shí)間更短，響應(yīng)頻率范圍更廣的馬達(dá)是一種新興的觸覺(jué)反饋技術(shù)[18]，能創(chuàng)建更豐富細(xì)膩的觸覺(jué)周期，快速啟動(dòng)，靜態(tài)偏轉(zhuǎn)的體驗(yàn)，能夠控制振動(dòng)的頻率，幅度用戶控制振動(dòng)的感覺(jué)和強(qiáng)度。壓電致動(dòng)器還具有低功耗，薄型的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)為專業(yè)生物醫(yī)學(xué)和工業(yè)通信領(lǐng)域的理想選擇。RM 偏轉(zhuǎn)馬達(dá)，便攜式電子產(chǎn)品主要采用的觸覺(jué)反饋技術(shù)是轉(zhuǎn)子馬達(dá)技術(shù)[ERM），它是目前市面上最成熟的觸覺(jué)反饋技術(shù)。ERM 結(jié)構(gòu)

觸覺(jué)體驗(yàn)的需求。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，振動(dòng)馬達(dá)技術(shù)也在術(shù)是線性共振傳動(dòng)器（LRA），也稱為線性馬達(dá)。線性馬達(dá)體積新興應(yīng)用上的需求，線性馬達(dá)已經(jīng)成為下一代主力產(chǎn)品進(jìn)入手著線性馬達(dá)被更廣泛的終端設(shè)備采用，成本會(huì)進(jìn)一步降低，節(jié)能馬達(dá)將取代轉(zhuǎn)子馬達(dá)成為便攜式電子產(chǎn)品的主流選擇。 是一款以線性運(yùn)動(dòng)形式振動(dòng)的彈簧質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，如圖 1.2 所示。般在固定頻率下工作，這種共振狀態(tài)可以使馬達(dá)系統(tǒng)的功耗降低達(dá)要低，但是工作狀態(tài)會(huì)受限于這一固定頻率。雖然線性馬達(dá)缺性，但是可以對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)強(qiáng)度和振動(dòng)效果的調(diào)整，可以通過(guò)改幅、頻率從而實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜更多樣的振動(dòng)效果，這些是轉(zhuǎn)子馬達(dá)不，線性馬達(dá)的響應(yīng)時(shí)間也要?jiǎng)龠^(guò)轉(zhuǎn)子馬達(dá)，這意味著單位時(shí)間更多的觸覺(jué)反饋，可以模擬心跳，嗡嗡，吱吱等振動(dòng)效果，，極大效果。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2707343