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基于压电叠堆的作动器研究

发布时间:2019-01-06 05:41
【摘要】:压电作动器因具有精度高和运动精确控制等优点而受到广泛关注,在某些场合下传统的作动器将无法进行正常工作,如低温、高温和电磁干扰的工作环境,而压电作动器的出现就是为了满足这些特殊环境要求。本文研究的双足压电作动器,是基于二级杠杆和直圆型柔性铰链结构设计的一种非共振型压电作动器,具有响应快和速度大的特点。主要研究内容如下:介绍了压电作动器的应用背景和特点,概述了压电作动器的研究现状;对比了共振型和非共振型压电作动器的优劣,提出了本文设计的压电作动器。概述了压电材料的基本特性,列出了压电叠堆的使用方法;对型号NAC2013-H04的压电叠堆进行了输出特性仿真研究。根据二级杠杆放大原理和直圆型柔性铰链结构设计了该压电作动器的结构,并对其工作原理进行了阐述;对压电作动器定子的放大能力做了理论和仿真研究,理论值约为12.8,仿真值约为11.284;对压电作动器做了动力学分析。进一步提出了对压电作动器结构的优化方案。通过计算数据和图表的形式确定铰链参数与刚度的关系,为后续压电作动器结构优化内容提供依据;使用ANSYS Workbench对直圆型柔性铰链的参数特征进行了优化设计,优化目标设定为定子的放大倍数能力;优化了作动器中定子的驱动足形状等。制作了该压电作动器的实物,并且对压电作动器的运动能力和负载能力进行了实验研究,该作动器的最大移动速度达到14.286mm/S,定子的放大能力约为9.146,负载能力为1.7N;在实物装配和实验的基础上提出了对该压电作动器相关结构的进一步优化和改进。对压电作动器的研究内容进行了归纳,并列出了压电作动器结构后续需要改进优化的方面以及对进一步的研究方向进行展望。
[Abstract]:Piezoelectric actuators have attracted wide attention because of their high precision and precise motion control. In some cases, the traditional actuators will not be able to work normally, such as low temperature, high temperature and electromagnetic interference. Piezoelectric actuators are designed to meet these special environmental requirements. The biped piezoelectric actuator studied in this paper is a kind of non-resonant piezoelectric actuator based on two-stage lever and straight circular flexure hinge structure. It has the characteristics of fast response and large speed. The main research contents are as follows: the application background and characteristics of piezoelectric actuators are introduced, the research status of piezoelectric actuators is summarized, the advantages and disadvantages of resonant and non-resonant piezoelectric actuators are compared, and the piezoelectric actuators designed in this paper are proposed. The basic characteristics of piezoelectric materials are summarized, the application methods of piezoelectric stack are listed, and the output characteristics of piezoelectric stack of NAC2013-H04 are simulated. The structure of the piezoelectric actuator is designed according to the principle of two-stage lever amplification and the structure of straight circular flexure hinge, and its working principle is described. The theory and simulation of the stator amplification ability of piezoelectric actuator are studied, the theoretical value is about 12.8and the simulation value is about 11.284.The dynamic analysis of the piezoelectric actuator is made. Furthermore, the optimization scheme of piezoelectric actuator structure is proposed. The relationship between hinge parameters and stiffness is determined by calculating data and charts, which provides the basis for the optimization of the structure of subsequent piezoelectric actuators. The parameter characteristics of the straight circular flexure hinge are optimized by using ANSYS Workbench to optimize the performance of the stator magnification and the shape of the stator drive foot in the actuator. The material of the piezoelectric actuator is made, and the motion and load capacity of the piezoelectric actuator is studied experimentally. The maximum moving speed of the actuator is 14.286 mm / s, and the stator amplification ability is about 9.146 mm / s, the maximum speed of the actuator is 14.286 mm / s, and the output of the stator is about 9.146 mm / s, the maximum speed of the actuator is 14.286 mm / s. The load capacity is 1.7 N; On the basis of physical assembly and experiments, further optimization and improvement of the related structure of the piezoelectric actuator are proposed. The research contents of piezoelectric actuators are summarized, and the following aspects of the piezoelectric actuator structure are listed, which need to be improved and optimized, and the future research directions are prospected.
【学位授予单位】:安徽工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TH122

【参考文献】

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本文编号:2402416

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