压电叠堆驱动式液压直线马达研究
发布时间：2020-08-25 06:25
【摘要】： 本文将压电驱动与液压传动技术相结合,提出了一种新型的压电叠堆驱动式液压直线马达(压电液压直线马达),它具有压电驱动与液压马达的综合技术优势。研究中以压电叠堆泵为动力元件驱动液体循环实现动力传输与运动转换,进而形成液压缸的宏观直线运动,主要研究内容如下: 1.建立了压电叠堆驱动器的力学模型,研究压电叠堆变形量及驱动力与其结构参数和控制参数间的关系;获得压电叠堆驱动器机电能量转换效率及机械效率的影响因素,在此基础上对压电叠堆的幅频特性进行了测试,为压电液压直线马达的设计提供依据。 2.建立了包括压电叠堆、单向阀及液压缸在内的压电液压马达系统的的简化模型,获得了影响压电液压直线马达工作性能的关键要素;研究了不同负载(弹性负载和恒力负载)对压电液压直线马达机械效率的影响规律;分析相关结构参数(包括泵腔薄膜刚度、腔体高度、液压缸直径、单向阀的结构及法孔位置等)对压电泵及压电液压直线马达性能的影响规律,并给出相应的设计准则;对泵腔薄膜及刚性顶块组合刚度进行了有限元分析。 3.设计研制了压电液压直线马达试验样机,并以泵腔薄膜刚度和腔体高度为调整对象,进行压电泵及压电液压直线马达性能的测试与分析,获得了相关参数对压电泵流量、压电液压马达输出速度及驱动力的影响规律。试验结果表明,利用压电叠堆泵驱动流体循环可实现压电液压直线马达的预期功能,试验中所获得的液压马达的最大速度和驱动力分别为11.8mm/s和90N,证明了压电液压直线马达的可行性。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH38
【图文】：
阀控制相结合的类型上哪，27]，而国内的研究还仅限于原理分析及模拟仿真阶段128，29]，并无相关的试验研究报道。由压电液压直线马达的基本结构和原理简图(图1、图2)不难发现，与现有的液压传动系统相比，其优势在于:体积小，结构简单;集成度高，密封性好;易于通过电压和频率调整实现力和速度的实时控制;可通过一次循环一个液滴的方法实现步进式驱动，等等。因此，压电液压直线马达比传统液压马达的应用范围更广，更适用于航空航天、行走机器人、精密定位、伺服控制等微小系统和远程控制系统。动力轴压电振子阀储能器液 液压缸 缸··(直动或转动)))图1一1压电液压马达连接示意图图1一2集成式压电液压马达结构简图压电液压直线马达是将压电驱动与液压传动技术相结合的混合驱动器，是压电泵流体驱动功能的进一步发展，在结构和原理方面有别于现有的压电直线马达
操作等领域。目前，压电直动式驱动器的研究已经趋于成熟，压电叠堆驱动器就是比较常见的一种直动式驱动器。国内外已经有很多公司生产相关的产品(图1一3)，例如国外的德国P工公司、日本的TOKIN公司、美国的nPOINT公司等等，其定位平台的精度能够达到0.05一Inm。国内的哈工大博实公司生产的精密定位工作台位移分辨率能够达到1一ZOnm。2005年韩国启明大学设计了一种基于两级杠杆放大原理的柔性铰链微位移工作台13’!，在闭环控制下，分辨率优于30nln。华中科技大学研制了一种结构小巧的纳米级精密定位平台132]，并应用电容微位移传感器对定位平台实行反馈控制，有效地克服了压电陶瓷执行机构的非线性和迟滞效应，该系统定位精度优于Inm。a德国PI公司的压电叠堆产品b德国PI公司微动平台c韩国微驱动实验室设计的微定位系统图1一3直动式压电驱动器
利用惯性原理制成的惯性冲击式直线马达 (inertiaSlipmotor)，在时序控制电压信号的作用下，可实现连续定向移动，行程较大，但是负载能力与其他方式相比较弱。其结构及工作原理如图1一4所示。有关压电惯性驱动技术的研究以日本东京大学T.Higuchi等人的课题组进行的最早、最为系统。他们研制的惯性驱动器在机器人、电火花加工和自动装配线上均有很好的应用[33l。国内的研究主要集中在高校，中国科技大学、上海交通大学和吉林大学等单位都进行了一些探索性的工作[34，3’l。吉林大学压电驱动与控制技术实验室基于惯性冲击原理，研制出一种自由端带有集中质量块的悬臂式压电驱动器，以压电双晶片为驱动单元，具有移动和旋转 (((((盆》 St.rttt ------七二口口口口 }}}}}}}}}}} .......国 _ddddd ~~~~~￡逻当’ ’己 己己己 《.)密。d图1一4惯性冲击式精密驱动器原理图二自由度的惯性冲击式驱动器[35]。移动步长分辨率为0.08卜m，旋转步长分辨率为1协rad，具有较好的综合性能。嵌位式直线马达 (inchwormmotor)是利用自然界某些爬行类动物行走的方法而提出的
本文编号：2803376
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH38
【图文】：
阀控制相结合的类型上哪，27]，而国内的研究还仅限于原理分析及模拟仿真阶段128，29]，并无相关的试验研究报道。由压电液压直线马达的基本结构和原理简图(图1、图2)不难发现，与现有的液压传动系统相比，其优势在于:体积小，结构简单;集成度高，密封性好;易于通过电压和频率调整实现力和速度的实时控制;可通过一次循环一个液滴的方法实现步进式驱动，等等。因此，压电液压直线马达比传统液压马达的应用范围更广，更适用于航空航天、行走机器人、精密定位、伺服控制等微小系统和远程控制系统。动力轴压电振子阀储能器液 液压缸 缸··(直动或转动)))图1一1压电液压马达连接示意图图1一2集成式压电液压马达结构简图压电液压直线马达是将压电驱动与液压传动技术相结合的混合驱动器，是压电泵流体驱动功能的进一步发展，在结构和原理方面有别于现有的压电直线马达
操作等领域。目前，压电直动式驱动器的研究已经趋于成熟，压电叠堆驱动器就是比较常见的一种直动式驱动器。国内外已经有很多公司生产相关的产品(图1一3)，例如国外的德国P工公司、日本的TOKIN公司、美国的nPOINT公司等等，其定位平台的精度能够达到0.05一Inm。国内的哈工大博实公司生产的精密定位工作台位移分辨率能够达到1一ZOnm。2005年韩国启明大学设计了一种基于两级杠杆放大原理的柔性铰链微位移工作台13’!，在闭环控制下，分辨率优于30nln。华中科技大学研制了一种结构小巧的纳米级精密定位平台132]，并应用电容微位移传感器对定位平台实行反馈控制，有效地克服了压电陶瓷执行机构的非线性和迟滞效应，该系统定位精度优于Inm。a德国PI公司的压电叠堆产品b德国PI公司微动平台c韩国微驱动实验室设计的微定位系统图1一3直动式压电驱动器
利用惯性原理制成的惯性冲击式直线马达 (inertiaSlipmotor)，在时序控制电压信号的作用下，可实现连续定向移动，行程较大，但是负载能力与其他方式相比较弱。其结构及工作原理如图1一4所示。有关压电惯性驱动技术的研究以日本东京大学T.Higuchi等人的课题组进行的最早、最为系统。他们研制的惯性驱动器在机器人、电火花加工和自动装配线上均有很好的应用[33l。国内的研究主要集中在高校，中国科技大学、上海交通大学和吉林大学等单位都进行了一些探索性的工作[34，3’l。吉林大学压电驱动与控制技术实验室基于惯性冲击原理，研制出一种自由端带有集中质量块的悬臂式压电驱动器，以压电双晶片为驱动单元，具有移动和旋转 (((((盆》 St.rttt ------七二口口口口 }}}}}}}}}}} .......国 _ddddd ~~~~~￡逻当’ ’己 己己己 《.)密。d图1一4惯性冲击式精密驱动器原理图二自由度的惯性冲击式驱动器[35]。移动步长分辨率为0.08卜m，旋转步长分辨率为1协rad，具有较好的综合性能。嵌位式直线马达 (inchwormmotor)是利用自然界某些爬行类动物行走的方法而提出的
【引证文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 李鹏;晶片式压电液压驱动器的设计与试验研究[D];吉林大学;2011年
本文编号：2803376
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