晶片式压电液压驱动器的设计与试验研究

发布时间：2018-03-06 23:23

本文选题：压电驱动　切入点：液压传动　出处：《吉林大学》2011年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：为满足航空航天、行走机器人等领域对大输出力、大行程、高输出精度、低能耗的微小型直线驱动器的需求,本文结合压电驱动技术与液压传动技术,提出一种压电晶片泵驱动的液压驱动器(简称压电液压驱动器)。为降低其生产成本、扩展适用范围,采用低成本的压电晶片泵作为驱动器动力源,以液压缸作为动力输出终端,流体为能量传输介质,通过循环压缩累积液滴的方式,实现由电能到机械能、微观振动到宏观运动的转换。所提出的压电液压驱动器在理论上将具有压电驱动和液压传动的综合技术优势。本文主要研究内容如下： 1.压电振子是压电泵的动力元件,其性能的好坏直接影响压电泵的输出能力。本文结合板壳理论和压电学基础理论知识,对所要使用的单晶片圆形压电振子进行了理论建模与仿真分析。获得了在流体压力、驱动电压单独作用下,压电振子变形的挠度公式,及压电振子变形所引起的压电泵腔体体积变化量；进而获得最大的输出压力表达式。通过对所得公式进行的数值分析及ANSYS仿真分析验证,获得了压电振子半径比(压电陶瓷半径与压电振子半径比值)与厚度比(压电陶瓷厚度与压电振子厚度比值)对压电泵输出性能(输出流量、输出压力)的影响规律,为压电振子输出性能分析与优选提供了理论依据。 2.对压电液压驱动器输出性能(输出速度、推力)的影响因素进行了分析与优选。通过对几种常见截止阀的分析,确定选用伞形橡胶截止阀；为保持良好的输出性能,确定了出流孔与阀片边缘的距离以及出流孔直径、泵体的腔高。压电泵的输出能量是通过液压缸传递到外部工件的,液压缸结构尺寸对压电液压驱动器的输出性能有着直接影响,本文给出了液压缸输出能力计算公式,为其选取提供理论依据。 3.根据所选参数制作了五腔串联压电泵,通过试验获得了其最佳的工作方式(输出性能最好)。测试了在最佳工作方式下,3、4、5个压电振子工作时压电泵的输出性能,获得其输出性能随驱动频率、工作压电振子数目的变化规律。 4.选用适合的液压缸与五腔串联压电泵等各部件组装成压电液压驱动器整体,在压电泵最佳工作方式下,3、4、5个压电振子工作时,对驱动器输出性能进行了测试： 1)进行了压电液压驱动器最大驱动力(速度为零)和最大输出速度(无负载)的相关试验研究,获得了最大驱动力及最大输出速度与工作频率、驱动电压及工作压电振子数目间的关系。通过对实验结果的进一步计算分析,获得了压电液压驱动器输出功率、步长与工作频率、驱动电压及工作压电振子数目的关系。 2)进行了不同负载作用下,压电液压驱动器输出速度的试验测试,并计算得到相应的输出功率、步长,得到负载及工作压电振子数目对驱动器输出性能的影响规律,为驱动器工作负载及工作方式的选取提供理论依据。 5.根据压电泵、压电液压驱动器在各种工作条件下的输出性能的测试结果,进行了压电液压驱动器能量效率分析：获得了试验用压电液压驱动器的机电转化效率(输入电能与压电泵输出功率比值)以及能量利用率(压电泵输出功率与驱动器输出功率比值)；并从减少能量损失的角度,对系统中某些结构提出了改进意见。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH137

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