V型双振子螺杆式直线压电作动器研究

发布时间：2017-12-17 03:09

  本文关键词：V型双振子螺杆式直线压电作动器研究

  更多相关文章： 压电作动器 精密螺旋副 有限元法 谐振频率

【摘要】：压电作动器因其易于微型化、响应快、可直驱以及断电自锁等优点,广泛应用于微型机器人、航空航天、医疗器械以及MEMS等一些高精度定位要求的领域。本文基于将压电材料的超声振动和精密螺旋传动相结合,提出一种螺杆式压电作动器,用作面向微细加工/微细作业等装备的通用驱动单元。针对贴片式压电作动器的压电陶瓷易脱落、输出效率低等缺陷,本文提出了一种V型双振子螺杆式直线压电作动器。该作动器利用双振子激励定子圆筒,使其表面质点产生微幅振动,通过螺母和螺杆之间的摩擦耦合驱动螺杆转动,进而直接驱动负载工作。压电振子采用夹心式结构,利用压电陶瓷的纵向工作模态d33模式工作。本文归纳了压电材料的压电效应、压电方程及表征其特性的重要参数,运用振动理论分别对作动器定子圆筒和弹性体振子进行了振动特性分析,揭示了弹性体振子在作动器工作过程中循环往复地作左右、上下弯曲振动。通过分析作动器定子圆筒表面驱动点的振动轨迹,进一步阐释了压电作动器的致动机理。对作动器定子进行结构设计和材料选择,运用有限元法探讨了定子结构参数对定子谐振频率和谐振振幅的影响规律,优化了作动器定子结构。通过对其进行模态分析和谐响应分析,确定了作动器理论工作频率为9.801KHz。研制了作动器实验样机,搭建了实验装置平台并对其机械输出性能进行测试,并对实验结果进行分析,验证了理论分析和仿真结果的正确性。在Vpp=300V条件下,实测作动器样机工作频率为9.7KHz,略低于ANSYS仿真分析结果。无负载最大运行速度为1.202mm/s,最大轴向力为2.3N。根据作动器的工作振型及其相应频率,设计了作动器专用驱动电源。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH703

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本文编号：1298504