基于非对称柔性铰链的压电粘滑驱动器机理与实验研究
发布时间：2021-01-09 13:02
压电粘滑驱动技术因具有定位精度高、行程大、无电磁干扰等特点,在精密光学系统、微/纳米制造、生物医疗工程等领域展现出重要的科学意义和广泛的应用前景。然而,已有压电粘滑驱动器较难实现对缓慢与快速变形驱动阶段摩擦力进行综合调控,限制了其输出性能,成为制约压电粘滑驱动技术发展的瓶颈问题。本文将非对称柔性铰链机构引入定子结构设计,使得定子轴向刚度分布不均,激发定子驱动足产生侧向位移实现驱动,并调整定子与动子间的轴向接触正压力,实现对缓慢与快速变形驱动阶段摩擦力的综合调控,提升压电粘滑驱动器的整机输出力与速度能力。阐述了压电粘滑驱动的基础理论,包括压电效应、压电叠堆以及常见柔性铰链的分类,分析了直圆型柔性铰链的计算方法,通过采用降维法（MDR）将定子与动子之间的三维接触问题精确地转化为一维接触,可以快速计算接触和摩擦问题的仿真,并基于MDR方法建立了驱动器在水平力和轴向力的表达式的理论模型。开展了压电粘滑驱动器原理样机的结构设计,以柔性铰链机构驱动足产生的最大侧向位移为设计目标的研究,分析了非对称柔性铰链驱动足的合理位置,并通过静力学分析得到了最终的结构尺寸;分析了接触过程中的粘滑接触状态以及两者...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Zhang等人研制的二维压电粘滑驱动器
图 1.4 Stieg 等人研制压电粘滑驱动器2010 年，美国华盛顿大学 Hii 等人利用剪切模式的压电元件设计了用于超真稳定毫米级行程的压电粘滑驱动器[21]，如图 1.5 所示。所设计的驱动器步长可m 到 225 nm 之间进行调节，速度可达到 13.5 μm/s，且驱动器步长一致性较好偏差约为 1.2 nm，误差运动在垂直于运动方向为 800 nm，热稳定性优于 40 nm/2011 年，韩国国家科学技术院的 Lee 等人设计了一种用于通过单个压电元双滑块的粘滑驱动的新型驱动方法[22]，并将其应用于小型变焦镜头系统，如图示。由于驱动器的简单结构和驱动器数量的减少，使用该驱动方法可以将变焦统设计成紧凑的尺寸。此外，使用单个压电元件可有效降低成本。
图 1.4 Stieg 等人研制压电粘滑驱动器2010 年，美国华盛顿大学 Hii 等人利用剪切模式的压电元件设计了用于超真空、稳定毫米级行程的压电粘滑驱动器[21]，如图 1.5 所示。所设计的驱动器步长可以在m 到 225 nm 之间进行调节，速度可达到 13.5 μm/s，且驱动器步长一致性较好，标偏差约为 1.2 nm，误差运动在垂直于运动方向为 800 nm，热稳定性优于 40 nm/℃。2011 年，韩国国家科学技术院的 Lee 等人设计了一种用于通过单个压电元件定双滑块的粘滑驱动的新型驱动方法[22]，并将其应用于小型变焦镜头系统，如图 1.6示。由于驱动器的简单结构和驱动器数量的减少，使用该驱动方法可以将变焦透镜统设计成紧凑的尺寸。此外，使用单个压电元件可有效降低成本。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于黏滑运动原理的单自由度纳米定位台设计与动力学分析[J]. 张世忠,荣伟彬,台国安,于淼,孙立宁. 机械工程学报. 2012(19)
[2]压电陶瓷材料的研究进展与发展趋势[J]. 李环亭,孙晓红,陈志伟. 现代技术陶瓷. 2009(02)
[3]基于曲线柔性单元的新型大变形柔性铰链[J]. 赵山杉,毕树生,宗光华,于靖军. 机械工程学报. 2009(04)
[4]压电材料的研究发展方向和现状[J]. 盖学周. 中国陶瓷. 2008(05)
[5]压电材料的研究与发展[J]. 付博,王辉,孙杰. 科技创新导报. 2007(35)
[6]基于粘滑驱动的球基微操作器动力学建模与分析[J]. 郭伟,汪盛,李满天,孙立宁. 机械工程学报. 2007(04)
[7]压电薄膜型精密运动平台研究[J]. 华顺明,张宏壮,程光明,范尊强,刘建芳. 光学精密工程. 2006(04)
[8]压电材料的结构及其性能研究[J]. 靳洪允. 陶瓷科学与艺术. 2005(03)
[9]压电陶瓷材料的研究现状与发展趋势[J]. 雷淑梅,匡同春,白晓军,成晓玲,向雄志,谢致微,叶永权. 佛山陶瓷. 2005(03)
[10]基于粘-滑摩擦力模型的微型压电驱动器动力学分析[J]. 卢秋红,颜国正. 上海交通大学学报. 2004(08)
博士论文
[1]步进式压电驱动基础理论与试验研究[D]. 李建平.吉林大学 2016
[2]用于SEM微纳操作的粘滑驱动精密运动定位台的研究[D]. 张世忠.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]用于医学超声的1-3型压电复合材料性能的有限元研究[D]. 解妙霞.陕西师范大学 2006
本文编号：2966701
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Zhang等人研制的二维压电粘滑驱动器
图 1.4 Stieg 等人研制压电粘滑驱动器2010 年，美国华盛顿大学 Hii 等人利用剪切模式的压电元件设计了用于超真稳定毫米级行程的压电粘滑驱动器[21]，如图 1.5 所示。所设计的驱动器步长可m 到 225 nm 之间进行调节，速度可达到 13.5 μm/s，且驱动器步长一致性较好偏差约为 1.2 nm，误差运动在垂直于运动方向为 800 nm，热稳定性优于 40 nm/2011 年，韩国国家科学技术院的 Lee 等人设计了一种用于通过单个压电元双滑块的粘滑驱动的新型驱动方法[22]，并将其应用于小型变焦镜头系统，如图示。由于驱动器的简单结构和驱动器数量的减少，使用该驱动方法可以将变焦统设计成紧凑的尺寸。此外，使用单个压电元件可有效降低成本。
图 1.4 Stieg 等人研制压电粘滑驱动器2010 年，美国华盛顿大学 Hii 等人利用剪切模式的压电元件设计了用于超真空、稳定毫米级行程的压电粘滑驱动器[21]，如图 1.5 所示。所设计的驱动器步长可以在m 到 225 nm 之间进行调节，速度可达到 13.5 μm/s，且驱动器步长一致性较好，标偏差约为 1.2 nm，误差运动在垂直于运动方向为 800 nm，热稳定性优于 40 nm/℃。2011 年，韩国国家科学技术院的 Lee 等人设计了一种用于通过单个压电元件定双滑块的粘滑驱动的新型驱动方法[22]，并将其应用于小型变焦镜头系统，如图 1.6示。由于驱动器的简单结构和驱动器数量的减少，使用该驱动方法可以将变焦透镜统设计成紧凑的尺寸。此外，使用单个压电元件可有效降低成本。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于黏滑运动原理的单自由度纳米定位台设计与动力学分析[J]. 张世忠,荣伟彬,台国安,于淼,孙立宁. 机械工程学报. 2012(19)
[2]压电陶瓷材料的研究进展与发展趋势[J]. 李环亭,孙晓红,陈志伟. 现代技术陶瓷. 2009(02)
[3]基于曲线柔性单元的新型大变形柔性铰链[J]. 赵山杉,毕树生,宗光华,于靖军. 机械工程学报. 2009(04)
[4]压电材料的研究发展方向和现状[J]. 盖学周. 中国陶瓷. 2008(05)
[5]压电材料的研究与发展[J]. 付博,王辉,孙杰. 科技创新导报. 2007(35)
[6]基于粘滑驱动的球基微操作器动力学建模与分析[J]. 郭伟,汪盛,李满天,孙立宁. 机械工程学报. 2007(04)
[7]压电薄膜型精密运动平台研究[J]. 华顺明,张宏壮,程光明,范尊强,刘建芳. 光学精密工程. 2006(04)
[8]压电材料的结构及其性能研究[J]. 靳洪允. 陶瓷科学与艺术. 2005(03)
[9]压电陶瓷材料的研究现状与发展趋势[J]. 雷淑梅,匡同春,白晓军,成晓玲,向雄志,谢致微,叶永权. 佛山陶瓷. 2005(03)
[10]基于粘-滑摩擦力模型的微型压电驱动器动力学分析[J]. 卢秋红,颜国正. 上海交通大学学报. 2004(08)
博士论文
[1]步进式压电驱动基础理论与试验研究[D]. 李建平.吉林大学 2016
[2]用于SEM微纳操作的粘滑驱动精密运动定位台的研究[D]. 张世忠.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]用于医学超声的1-3型压电复合材料性能的有限元研究[D]. 解妙霞.陕西师范大学 2006
本文编号：2966701
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