本文關(guān)鍵詞：摩擦力可調(diào)式非對(duì)稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)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(dòng)器是一類利用壓電元件形成慣性沖擊運(yùn)動(dòng)的裝置。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,慣性式壓電精密驅(qū)動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、分辨率高、大行程、運(yùn)動(dòng)速度快和成本低等主要優(yōu)點(diǎn),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(gè)方面的主要缺點(diǎn),一定程度上制約了慣性式壓電精密驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)一步發(fā)展、應(yīng)用和推廣。因此,針對(duì)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(duì)稱結(jié)構(gòu)夾持的懸臂式壓電雙晶片振子為驅(qū)動(dòng)元件、利用慣性沖擊形成運(yùn)動(dòng)的摩擦力可調(diào)式非對(duì)稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器。通過理論分析、仿真測(cè)試和試驗(yàn)測(cè)試三個(gè)層次,對(duì)懸臂式壓電雙晶片振子和所提出的摩擦力可調(diào)式非對(duì)稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)特性及其影響因素,測(cè)試了驅(qū)動(dòng)器的主要性能參數(shù)并進(jìn)行了評(píng)估。1.對(duì)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(hào)激勵(lì)等效為端部簡(jiǎn)諧力激勵(lì),并利用該方法建立了振子在對(duì)稱夾持條件下的動(dòng)力學(xué)模型和方程。通過對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的分析與測(cè)試,獲得了振子振動(dòng)系統(tǒng)全響應(yīng)的解析式。仿真和試驗(yàn)結(jié)果證明了所建立的振子動(dòng)力學(xué)模型的正確性,以及所提出的建立動(dòng)力學(xué)方程等效方法的可行性。其次,對(duì)振子的端部動(dòng)態(tài)位移、驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)位移幅值隨端部靜態(tài)位移輸入、壓電雙晶片長(zhǎng)度的增加而顯著增加,而受剛度系數(shù)和端部質(zhì)量的影響較小；振子的驅(qū)動(dòng)力幅值隨靜態(tài)位移輸入、壓電雙晶片長(zhǎng)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(duì)稱夾持懸臂式壓電雙晶片振子特性研究。根據(jù)非對(duì)稱夾持條件不同,提出了非對(duì)稱材料夾持和非對(duì)稱結(jié)構(gòu)夾持兩種非對(duì)稱夾持方式�；趯�(duì)稱夾持條件下所構(gòu)建的振子動(dòng)力學(xué)方程,從力學(xué)角度出發(fā),提出了兩種振子在非對(duì)稱夾持條件下的驅(qū)動(dòng)方案,并分別對(duì)其驅(qū)動(dòng)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(yàn)對(duì)兩種方法的驅(qū)動(dòng)可行性進(jìn)行了驗(yàn)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(zhǎng)夾持側(cè),能產(chǎn)生較大的驅(qū)動(dòng)力,因此選擇該方案作為振子的非對(duì)稱夾持方式。另一方面,夾持差在5mm時(shí)振子長(zhǎng)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(duì)稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的理論設(shè)計(jì)與仿真研究。確定了驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)主體采用雙振子對(duì)稱布置之后,針對(duì)驅(qū)動(dòng)器的現(xiàn)有主要問題,提出了運(yùn)用機(jī)械控制方式、摩擦力調(diào)節(jié)裝置和磁力放大機(jī)構(gòu)來解決現(xiàn)有問題的研究策略。根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的慣性沖擊工作原理和研究策略,設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)器的整機(jī)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(duì)運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行了闡述。根據(jù)驅(qū)動(dòng)器工作原理,建立了驅(qū)動(dòng)器整機(jī)動(dòng)力學(xué)方程,并利用Simulink組建了整機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真系統(tǒng),提出了一種時(shí)序疊加法來獲得非對(duì)稱結(jié)構(gòu)夾持振子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。最后對(duì)驅(qū)動(dòng)器的步距輸出特性進(jìn)行了仿真測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明驅(qū)動(dòng)器理論分辨率可達(dá)1.20grad。4.摩擦力可調(diào)式非對(duì)稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器試驗(yàn)研究。對(duì)A和B兩種工作狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)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(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明,所研制的驅(qū)動(dòng)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(dòng)器正常工作的頻率區(qū)間為1至7Hz；A工作狀態(tài)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)器的轉(zhuǎn)速和載荷輸出性能比A工作狀態(tài)驅(qū)動(dòng)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(duì)稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)快、大行程、運(yùn)動(dòng)速度快、無電磁干擾和污染等基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì),兼?zhèn)潋?qū)動(dòng)方式獨(dú)特、控制電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、摩擦控制要求低、驅(qū)動(dòng)元件成本低廉、無蠕變和遲滯的特色優(yōu)勢(shì),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(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】：非對(duì)稱夾持 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(dòng)器分類與國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-27
• 1.2.1 超聲式壓電精密驅(qū)動(dòng)器15-17
• 1.2.2 直動(dòng)式壓電精密驅(qū)動(dòng)器17-18
• 1.2.3 尺蠖式壓電精密驅(qū)動(dòng)器18-21
• 1.2.4 慣性式壓電精密驅(qū)動(dòng)器21-27
• 1.3 選題意義和本文研究?jī)?nèi)容27-31
• 1.3.1 選題意義27-28
• 1.3.2 本文研究?jī)?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(jī)電耦合系數(shù)35-36
• 2.3.2 機(jī)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(dòng)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(dòng)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(duì)稱夾持懸臂式壓電雙晶片振子特性分析49-62
• 3.2.1 對(duì)稱夾持振子靜態(tài)特性理論分析49-50
• 3.2.2 對(duì)稱夾持振子動(dòng)態(tài)特性理論分析和動(dòng)力學(xué)模型50-51
• 3.2.3 對(duì)稱夾持振子振動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)和全響應(yīng)分析51-54
• 3.2.4 對(duì)稱夾持振子動(dòng)力學(xué)仿真分析54-56
• 3.2.5 對(duì)稱夾持振子動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)分析56-59
• 3.2.6 對(duì)稱夾持振子端部動(dòng)態(tài)位移與驅(qū)動(dòng)力影響因素分析59-62
• 3.3 非對(duì)稱夾持懸臂式壓電雙晶片振子特性分析62-72
• 3.3.1 非對(duì)稱夾持的定義與分類62
• 3.3.2 非對(duì)稱夾持驅(qū)動(dòng)原理理論分析62-63
• 3.3.3 非對(duì)稱材料夾持的驅(qū)動(dòng)原理可行性理論分析63-64
• 3.3.4 非對(duì)稱材料夾持振子動(dòng)態(tài)特性有限元仿真分析64-67
• 3.3.5 非對(duì)稱材料夾持振子動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)分析67-69
• 3.3.6 非對(duì)稱結(jié)構(gòu)夾持的驅(qū)動(dòng)原理可行性理論分析69-70
• 3.3.7 非對(duì)稱結(jié)構(gòu)夾持振子動(dòng)態(tài)特性有限元仿真分析70-71
• 3.3.8 非對(duì)稱結(jié)構(gòu)夾持振子動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)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(duì)稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)和仿真73-91
• 4.1 驅(qū)動(dòng)器關(guān)鍵技術(shù)與研究策略73-74
• 4.2 驅(qū)動(dòng)器慣性沖擊工作原理理論分析74-77
• 4.3 驅(qū)動(dòng)器整機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)過程分析77-80
• 4.3.1 驅(qū)動(dòng)器整機(jī)結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)設(shè)計(jì)77-78
• 4.3.2 運(yùn)動(dòng)主體和摩擦力調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)78-79
• 4.3.3 運(yùn)動(dòng)過程分析79-80
• 4.4 驅(qū)動(dòng)器整機(jī)動(dòng)力學(xué)模型80-82
• 4.5 驅(qū)動(dòng)器摩擦力分析和摩擦模型選擇82-83
• 4.6 驅(qū)動(dòng)器整機(jī)Simulink仿真83-88
• 4.6.1 驅(qū)動(dòng)器整機(jī)動(dòng)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(cè)試88
• 4.7 本章小結(jié)88-91
• 第5章 摩擦力可調(diào)式非對(duì)稱慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器性能試驗(yàn)91-101
• 5.1 試驗(yàn)系統(tǒng)91-93
• 5.2 驅(qū)動(dòng)器性能測(cè)試與分析93-99
• 5.2.1 驅(qū)動(dòng)器步距角輸出特性測(cè)試與分析93-94
• 5.2.2 驅(qū)動(dòng)器摩擦力矩特性測(cè)試與分析94-95
• 5.2.3 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)頻率特性測(cè)試與分析95-96
• 5.2.4 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電壓特性測(cè)試與分析96-97
• 5.2.5 驅(qū)動(dòng)器角速度輸出和載荷輸出特性測(cè)試與分析97-99
• 5.3 驅(qū)動(dòng)器性能評(píng)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(chéng)信承諾書115

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

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

本文編號(hào)：283823