壓電驅(qū)動器(Piezoelectric Actuator)是精密驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件,被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人系統(tǒng)、微機(jī)械系統(tǒng)、超精密測量儀器等領(lǐng)域。彎振復(fù)合型壓電驅(qū)動器是一種模態(tài)復(fù)合型驅(qū)動器,通過將振子在兩個或者多個方向的彎曲振動進(jìn)行復(fù)合,形成橢圓軌跡從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子(滑塊)運動,具有結(jié)構(gòu)簡單、加工制作簡單、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。但是目前對彎振復(fù)合型壓電驅(qū)動器的研究較少,而且普遍存在驅(qū)動性能不良的情況。本文首先通過理論建模和數(shù)值方法分析了多層懸臂梁壓電振子的動態(tài)性能,然后基于懸臂梁壓電振子結(jié)構(gòu),設(shè)計了一種彎振復(fù)合型壓電驅(qū)動器,并利用有限元方法對壓電驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)、振動特性、機(jī)械特性等進(jìn)行了分析。本文主要工作包括:1.基于歐拉-伯努利梁理論和壓電本構(gòu)方程,本文建立了一個懸臂梁壓電振子的動態(tài)模型,用來評估壓電驅(qū)動器振子的動態(tài)特性。針對應(yīng)變節(jié)點對振子在高階模態(tài)下的影響,設(shè)計了一種分段式電極結(jié)構(gòu),對比研究了分段式電極和傳統(tǒng)的連續(xù)式電極兩種電極結(jié)構(gòu)的振子的動態(tài)輸出性能,發(fā)現(xiàn)分段式電極結(jié)構(gòu)能有效提高振子在高階模態(tài)下的輸出性能,并根據(jù)提出的模型對振子結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析。2.基于懸臂梁壓電振子結(jié)構(gòu),設(shè)計了一...

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 壓電驅(qū)動器概述
        1.2.1 壓電驅(qū)動器的原理和特點
        1.2.2 壓電驅(qū)動器的分類
    1.3 壓電驅(qū)動器的主要應(yīng)用領(lǐng)域
    1.4 壓電驅(qū)動器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.4.1 懸臂梁壓電振子的理論研究現(xiàn)狀
        1.4.2 彎振復(fù)合型壓電驅(qū)動器的研究現(xiàn)狀
    1.5 本論文的研究意義和主要內(nèi)容
        1.5.1 本論文的研究意義
        1.5.2 本論文的主要研究內(nèi)容
第2章 懸臂梁壓電振子的理論建模和數(shù)值計算
    2.1 引言
    2.2 懸臂梁壓電振子的建模
        2.2.1 材料的本構(gòu)方程
        2.2.2 機(jī)電耦合模型的推導(dǎo)
        2.2.3 模態(tài)分析
    2.3 懸臂梁壓電振子的有限元模擬
        2.3.1 有限元仿真參數(shù)的選取
        2.3.2 連續(xù)電極壓電懸臂梁的模擬
        2.3.3 分段電極壓電懸臂梁的模擬
        2.3.4 模型正確性的驗證
    2.4 模型優(yōu)化懸臂梁壓電振子的結(jié)構(gòu)參數(shù)
        2.4.1 自由端撓度與基底厚度的關(guān)系
        2.4.2 自由端撓度與過渡層厚度的關(guān)系
    2.5 本章小結(jié)
第3章 彎振復(fù)合型壓電驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和原理分析
    3.1 引言
    3.2 復(fù)合型壓電驅(qū)動器的運行機(jī)理
        3.2.1 空間橢圓軌跡運動
        3.2.2 壓電換能器理論
    3.3 壓電驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇
        3.3.1 壓電驅(qū)動器振子的結(jié)構(gòu)設(shè)計
        3.3.2 壓電驅(qū)動器的整體結(jié)構(gòu)
        3.3.3 金屬基體材料的選擇
        3.3.4 壓電材料的選擇
    3.4 彎振模式壓電驅(qū)動器的驅(qū)動原理分析
        3.4.1 振子驅(qū)動足軌跡分析
        3.4.2 驅(qū)動器的運動機(jī)理分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 彎振復(fù)合型壓電驅(qū)動器的性能分析
    4.1 引言
    4.2 驅(qū)動器振子的有限元建模
    4.3 驅(qū)動器振子的參數(shù)分析和模態(tài)匹配
        4.3.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)的靈敏度分析
        4.3.2 安裝尺寸分析
        4.3.3 彎振模態(tài)的匹配
    4.4 驅(qū)動器振動特性分析
        4.4.1 壓電驅(qū)動器的幅頻特性分析
        4.4.2 壓電驅(qū)動器的瞬態(tài)位移分析
        4.4.3 壓電驅(qū)動器的運動軌跡分析
    4.5 驅(qū)動器機(jī)械特性分析
        4.5.1 頻率-輸出速度特性
        4.5.2 負(fù)載-輸出速度特性
        4.5.3 負(fù)載-輸出功率特性
    4.6 本章小結(jié)
第5章 總結(jié)和展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文及參與的會議



本文編號：3850157