基于非对称音叉结构的谐振冲击式压电直线马达研究

发布时间：2020-10-27 02:25

　　 传统的冲击式压电马达通常由准静态频率下的锯齿波电压驱动,导致运动速度和输出力相对谐振式马达较低。谐振冲击式压电马达利用多个模态的固有振动合成谐振状态下的近似锯齿波振动,弥补了传统冲击式压电马达的不足,大幅提升压电马达的功率输出能力。本文提出一种基于非对称音叉结构的谐振冲击式压电直线马达,属于惯性驱动机构,采用非对称压电悬臂梁的音叉结构,通过调整组件尺寸参数调整惯性动子弯曲模态的谐振频率比值,从而合成近似锯齿波振动。本论文主要工作和创新点包括:1.提出基于惯性驱动的谐振冲击式压电直线马达的基本构造,建立惯性动子的理论模型并分析固有振动特性,探索谐振频率的匹配方法并分析谐振特性与惯性质量的关系。2.设计谐振冲击式压电直线马达结构并建立惯性动子的有限元结构仿真模型,仿真分析通过改变磁铁簧片质量实现频率匹配的方法并确定满足1:2频率比的惯性动子结构参量。3.建立谐振冲击式压电直线马达的动力学方程,设计MATLAB/Simulink仿真模型并确定动力学模型参量,仿真分析惯性动子振动特性以及马达在准静态和谐振下的冲击驱动特性。4.制作马达样机并搭建实验平台,测试单个簧片以及惯性动子的振动特性,对比样机在谐振与准静态冲击驱动下的运动特性。实验结果表明谐振冲击下的马达运动速度大大提高。本论文研究丰富了谐振冲击式压电马达的结构形式,并进一步扩展了压电马达的理论、仿真和实验分析方法。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM30
【部分图文】：

图 1.1 压电马达的分类Fig 1.1 Classification of piezoelectric motors马达原理及结构达是典型的仿生马达，仿照自然界尺蠖的运箝位装置模拟尺蠖的前后足，使用一个伸缩-驱动-箝位”三个步骤实现马达的运动。按照运要分为行走型[17-18]、推进型[19-20]和推进-行走 所示。

图 1.1 压电马达的分类Fig 1.1 Classification of piezoelectric motors.2.1 尺蠖式压电马达原理及结构尺蠖式压电马达是典型的仿生马达，仿照自然界尺蠖的运动而得名。尺蠖电马达采用两个箝位装置模拟尺蠖的前后足，使用一个伸缩装置来模拟尺蠖体，通过“箝位-驱动-箝位”三个步骤实现马达的运动。按照运动产生的机理[1蠖式压电马达主要分为行走型[17-18]、推进型[19-20]和推进-行走混合型[21-22]三类作原理如图 1.2 所示。

第一章 绪论Chanwoo Moon 等人研制了一种新型快速尺蠖式压电直线马达[23]，如图 1.3（示，驱动元件采用了封装式的压电叠堆，马达设计时加入了反馈系统，因此具有较高的稳定性，分辨率达到 50nm，最大行程为 100mm，最高速度为 10.2m出力达 10N。Ma 等人设计了一种行走型尺蠖式压电马达[24]，如图 1.3（b）所示夹紧机构采用对称杠杆放大结构，中间传动机构采用复合式桥架结构，执行的工作行程为50mm，最小步距60μm，最大步距为105μm，最高速度达2.04mmnping Li 等利用 9 个压电叠堆设计出了高精度旋转尺蠖马达[25]，如图 1.3（c），在频率为 1Hz、驱动电压 20V 时，最小步进角为 4.95μrad；在频率 30Hz、电压 100V 下，最大转速可达 6508.5μrad/s，最大输出力矩为 93.1N mm。孙先涛卫海等人设计了一种直线-旋转型尺蠖式马达[26]，如图 1.3（d）所示，在直线模式下，该马达的最小步距 0.049μm，最大运动速度 1450μm/s，最大输出负 11.8N；在旋转运动模式下时，该马达最小步进角为 10.3μrad，最大转270μrad/s，最大输出力矩为 73.5N mm。
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本文编号：2857884