本文關(guān)鍵詞：摩擦力可調(diào)式非對稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：慣性式壓電精密驅(qū)動器是一類利用壓電元件形成慣性沖擊運動的裝置。根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,慣性式壓電精密驅(qū)動器具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、分辨率高、大行程、運動速度快和成本低等主要優(yōu)點,但是也存在電路控制或摩擦控制要求高、摩擦影響大和輸出載荷能力小這三個方面的主要缺點,一定程度上制約了慣性式壓電精密驅(qū)動器的進(jìn)一步發(fā)展、應(yīng)用和推廣。因此,針對現(xiàn)有主要問題,本文制定了相應(yīng)的研究策略,提出了以非對稱結(jié)構(gòu)夾持的懸臂式壓電雙晶片振子為驅(qū)動元件、利用慣性沖擊形成運動的摩擦力可調(diào)式非對稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器。通過理論分析、仿真測試和試驗測試三個層次,對懸臂式壓電雙晶片振子和所提出的摩擦力可調(diào)式非對稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器進(jìn)行了系統(tǒng)研究,分析了振子的基本特性、靜態(tài)特性和動態(tài)特性及其影響因素,測試了驅(qū)動器的主要性能參數(shù)并進(jìn)行了評估。1.對稱夾持懸臂式壓電雙晶片振子特性研究。首先,提出將周期性電信號激勵等效為端部簡諧力激勵,并利用該方法建立了振子在對稱夾持條件下的動力學(xué)模型和方程。通過對系統(tǒng)參數(shù)的分析與測試,獲得了振子振動系統(tǒng)全響應(yīng)的解析式。仿真和試驗結(jié)果證明了所建立的振子動力學(xué)模型的正確性,以及所提出的建立動力學(xué)方程等效方法的可行性。其次,對振子的端部動態(tài)位移、驅(qū)動力的影響因素進(jìn)行了仿真分析,仿真結(jié)果表明：振子的端部動態(tài)位移幅值隨端部靜態(tài)位移輸入、壓電雙晶片長度的增加而顯著增加,而受剛度系數(shù)和端部質(zhì)量的影響較�。徽褡拥尿�(qū)動力幅值隨靜態(tài)位移輸入、壓電雙晶片長度和端部質(zhì)量的增加而顯著增加,而受剛度系數(shù)的影響較小。2.非對稱夾持懸臂式壓電雙晶片振子特性研究。根據(jù)非對稱夾持條件不同,提出了非對稱材料夾持和非對稱結(jié)構(gòu)夾持兩種非對稱夾持方式�；趯ΨQ夾持條件下所構(gòu)建的振子動力學(xué)方程,從力學(xué)角度出發(fā),提出了兩種振子在非對稱夾持條件下的驅(qū)動方案,并分別對其驅(qū)動原理的可行性進(jìn)行了理論分析。在理論分析基礎(chǔ)上,通過仿真和試驗對兩種方法的驅(qū)動可行性進(jìn)行了驗證。結(jié)果表明,振子在短夾持側(cè)的端部位移幅值和加速度均大于長夾持側(cè),能產(chǎn)生較大的驅(qū)動力,因此選擇該方案作為振子的非對稱夾持方式。另一方面,夾持差在5mm時振子長短夾持側(cè)加速度幅值差達(dá)到最大,故選用該夾持差作為振子的工作條件。3.摩擦力可調(diào)式非對稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的理論設(shè)計與仿真研究。確定了驅(qū)動器運動主體采用雙振子對稱布置之后,針對驅(qū)動器的現(xiàn)有主要問題,提出了運用機械控制方式、摩擦力調(diào)節(jié)裝置和磁力放大機構(gòu)來解決現(xiàn)有問題的研究策略。根據(jù)驅(qū)動器的慣性沖擊工作原理和研究策略,設(shè)計了驅(qū)動器的整機結(jié)構(gòu),確定了有磁力作用和無磁力作用下的兩類工作狀態(tài),對運動過程進(jìn)行了闡述。根據(jù)驅(qū)動器工作原理,建立了驅(qū)動器整機動力學(xué)方程,并利用Simulink組建了整機動力學(xué)仿真系統(tǒng),提出了一種時序疊加法來獲得非對稱結(jié)構(gòu)夾持振子的運動狀態(tài)。最后對驅(qū)動器的步距輸出特性進(jìn)行了仿真測試,測試結(jié)果表明驅(qū)動器理論分辨率可達(dá)1.20grad。4.摩擦力可調(diào)式非對稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器試驗研究。對A和B兩種工作狀態(tài)下驅(qū)動器的摩擦力矩特性、頻率特性、電壓特性、步距角輸出特性、速度輸出特性和載荷輸出特性分別進(jìn)行了測試。試驗結(jié)果表明,所研制的驅(qū)動器最小分辨率為0.85μrad,回退率約為24%,步距角響應(yīng)曲線與仿真結(jié)果吻合度好；驅(qū)動器正常工作的頻率區(qū)間為1至7Hz；A工作狀態(tài)驅(qū)動器步距角穩(wěn)定輸出的摩擦力矩范圍為1.485N·mm至2.475N·mm,B工作狀態(tài)驅(qū)動器步距角穩(wěn)定輸出的摩擦力矩范圍為0至5.445N-mm,在一定范圍內(nèi),驅(qū)動器步距角輸出的線性度隨摩擦力矩的增大而增大；B工作狀態(tài)驅(qū)動器的轉(zhuǎn)速和載荷輸出性能比A工作狀態(tài)驅(qū)動器更好,其最大角速度和輸出載荷分別可達(dá)4.02 rad/s和980 mN�？傮w來說,所研制的摩擦力可調(diào)式非對稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器具有結(jié)構(gòu)簡單、頻率響應(yīng)快、大行程、運動速度快、無電磁干擾和污染等基礎(chǔ)優(yōu)勢,兼?zhèn)潋?qū)動方式獨特、控制電路和機械結(jié)構(gòu)簡單、摩擦控制要求低、驅(qū)動元件成本低廉、無蠕變和遲滯的特色優(yōu)勢,還具有步距輸出穩(wěn)定、分辨率高、摩擦力可調(diào)、步距角輸出線性度和可控性好、輸出載荷和轉(zhuǎn)速可改善的特點。
【關(guān)鍵詞】：非對稱夾持 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器 懸臂式壓電雙晶片振子 摩擦力
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH703
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 緒論13-31
• 1.1 引言13-14
• 1.2 壓電精密驅(qū)動器分類與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-27
• 1.2.1 超聲式壓電精密驅(qū)動器15-17
• 1.2.2 直動式壓電精密驅(qū)動器17-18
• 1.2.3 尺蠖式壓電精密驅(qū)動器18-21
• 1.2.4 慣性式壓電精密驅(qū)動器21-27
• 1.3 選題意義和本文研究內(nèi)容27-31
• 1.3.1 選題意義27-28
• 1.3.2 本文研究內(nèi)容28-31
• 第2章 壓電陶瓷材料和壓電方程31-43
• 2.1 壓電材料與分類32
• 2.2 壓電材料基本特性和主要性能參數(shù)32-35
• 2.2.1 壓電材料的介電性和介電系數(shù)32-33
• 2.2.2 壓電材料的壓電性和壓電系數(shù)33-34
• 2.2.3 壓電材料的鐵電性和電滯曲線34-35
• 2.3 壓電材料其它性能參數(shù)35-37
• 2.3.1 機電耦合系數(shù)35-36
• 2.3.2 機械品質(zhì)因數(shù)36
• 2.3.3 壓電材料的彈性和柔度系數(shù)36-37
• 2.4 邊界條件37-38
• 2.5 壓電方程38-40
• 2.6 振動模式40-41
• 2.7 本章小結(jié)41-43
• 第3章 壓電雙晶片振子分析與研究43-73
• 3.1 壓電雙晶片振子基本特性理論分析43-49
• 3.1.1 壓電雙晶片振子基本結(jié)構(gòu)43-45
• 3.1.2 壓電雙晶片振子振動模式45-46
• 3.1.3 壓電雙晶片振子支撐方式46-47
• 3.1.4 壓電雙晶片振子壓電方程47-49
• 3.2 對稱夾持懸臂式壓電雙晶片振子特性分析49-62
• 3.2.1 對稱夾持振子靜態(tài)特性理論分析49-50
• 3.2.2 對稱夾持振子動態(tài)特性理論分析和動力學(xué)模型50-51
• 3.2.3 對稱夾持振子振動系統(tǒng)參數(shù)和全響應(yīng)分析51-54
• 3.2.4 對稱夾持振子動力學(xué)仿真分析54-56
• 3.2.5 對稱夾持振子動態(tài)特性試驗分析56-59
• 3.2.6 對稱夾持振子端部動態(tài)位移與驅(qū)動力影響因素分析59-62
• 3.3 非對稱夾持懸臂式壓電雙晶片振子特性分析62-72
• 3.3.1 非對稱夾持的定義與分類62
• 3.3.2 非對稱夾持驅(qū)動原理理論分析62-63
• 3.3.3 非對稱材料夾持的驅(qū)動原理可行性理論分析63-64
• 3.3.4 非對稱材料夾持振子動態(tài)特性有限元仿真分析64-67
• 3.3.5 非對稱材料夾持振子動態(tài)特性試驗分析67-69
• 3.3.6 非對稱結(jié)構(gòu)夾持的驅(qū)動原理可行性理論分析69-70
• 3.3.7 非對稱結(jié)構(gòu)夾持振子動態(tài)特性有限元仿真分析70-71
• 3.3.8 非對稱結(jié)構(gòu)夾持振子動態(tài)特性試驗分析71-72
• 3.4 本章小結(jié)72-73
• 第4章 摩擦力可調(diào)式非對稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器設(shè)計和仿真73-91
• 4.1 驅(qū)動器關(guān)鍵技術(shù)與研究策略73-74
• 4.2 驅(qū)動器慣性沖擊工作原理理論分析74-77
• 4.3 驅(qū)動器整機設(shè)計和運動過程分析77-80
• 4.3.1 驅(qū)動器整機結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)設(shè)計77-78
• 4.3.2 運動主體和摩擦力調(diào)節(jié)裝置設(shè)計78-79
• 4.3.3 運動過程分析79-80
• 4.4 驅(qū)動器整機動力學(xué)模型80-82
• 4.5 驅(qū)動器摩擦力分析和摩擦模型選擇82-83
• 4.6 驅(qū)動器整機Simulink仿真83-88
• 4.6.1 驅(qū)動器整機動力學(xué)仿真系統(tǒng)83-84
• 4.6.2 振子夾持狀態(tài)子系統(tǒng)84-87
• 4.6.3 摩擦模型子系統(tǒng)87-88
• 4.6.4 步距角輸出特性仿真測試88
• 4.7 本章小結(jié)88-91
• 第5章 摩擦力可調(diào)式非對稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器性能試驗91-101
• 5.1 試驗系統(tǒng)91-93
• 5.2 驅(qū)動器性能測試與分析93-99
• 5.2.1 驅(qū)動器步距角輸出特性測試與分析93-94
• 5.2.2 驅(qū)動器摩擦力矩特性測試與分析94-95
• 5.2.3 驅(qū)動器驅(qū)動頻率特性測試與分析95-96
• 5.2.4 驅(qū)動器驅(qū)動電壓特性測試與分析96-97
• 5.2.5 驅(qū)動器角速度輸出和載荷輸出特性測試與分析97-99
• 5.3 驅(qū)動器性能評估與比較99-100
• 5.4 本章小結(jié)100-101
• 第6章 結(jié)論與展望101-105
• 6.1 結(jié)論101-103
• 6.2 展望103-105
• 參考文獻(xiàn)105-109
• 致謝109-111
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果111-115
• 浙江師范大學(xué)學(xué)位論文誠信承諾書115

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

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  本文關(guān)鍵詞：摩擦力可調(diào)式非對稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：283823