基于超声减摩效应的压电粘滑平顺驱动方法研究

发布时间：2021-05-25 17:45

　　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,在原位微纳米测试、精密光学仪器等技术领域得到了广泛应用。然而,驱动器在快速变形驱动阶段由定、动子间的滑动摩擦阻力导致的类锯齿状位移回退削弱了其输出性能,成为制约该技术发展的主要问题。据此,本文提出了一种基于超声减摩效应的压电粘滑平顺驱动方法,通过将微幅高频的正弦波耦合施加于锯齿波的快速变形驱动阶段,利用超声减摩效应降低了滑动摩擦阻力,抑制了位移回退运动,提升了输出性能。通过分析传统锯齿驱动方法激励下杆式压电粘滑驱动器定、动子间的摩擦力变化状态,指出了快速变形驱动阶段驱动器定、动子间的滑动摩擦阻力是产生位移回退运动的主要原因。通过分析典型杆结构件的纵向、扭转和弯曲振动理论,得出了在驱动器定子上激发超声振动的三种设计方案,分析了压电粘滑平顺驱动方法的工作原理,阐明了平顺驱动方法的实现机理,提出了基于超声减摩效应的压电粘滑平顺驱动方法的实现方案。开展了杆式压电粘滑驱动器原理样机的结构设计与仿真分析,本文以定子的一阶纵向振动模态作为平顺驱动方法中超声减摩部分的设计核心,提取了驱动器定子的一阶纵向振动模态仿真云图,获取了定子的一阶纵向振... 

【文章来源】：长春工业大学吉林省

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源与研究意义
    1.2 压电粘滑驱动技术的国内外研究现状
        1.2.1 粘滑驱动器的新构型设计研究
        1.2.2 粘滑驱动器的激励波形优化设计
        1.2.3 粘滑驱动器的建模理论分析
    1.3 当前研究存在的问题
    1.4 主要研究内容
第2章 超声振动下杆式粘滑驱动器减摩理论分析
    2.1 引言
    2.2 杆结构件的振动理论
        2.2.1 杆的纵向振动理论
        2.2.2 杆的扭转振动理论
        2.2.3 杆的弯曲振动理论
    2.3 杆式压电粘滑驱动器的超声减摩理论
        2.3.1 超声减摩理论的公式推导
        2.3.2 超声减摩理论的仿真验证
    2.4 小结
第3章 压电粘滑平顺驱动方法的实现机理与方案提出
    3.1 引言
    3.2 传统锯齿驱动方法的机理研究
    3.3 超声减摩特性的基础实验研究
        3.3.1 超声振动致金属与金属摩擦副间的减摩实验
        3.3.2 超声振动致金属与非金属摩擦副间的减摩实验
    3.4 平顺驱动方法的实现机理研究
        3.4.1 平顺驱动方法的工作原理
        3.4.2 平顺驱动方法的运动机理分析
    3.5 平顺驱动方法的研究方案提出
        3.5.1 纵向振动模式的设计方案
        3.5.2 扭转振动模式的设计方案
        3.5.3 弯曲振动模式的设计方案
    3.6 小结
第4章 杆式压电粘滑驱动器样机的设计与研制
    4.1 引言
    4.2 杆式压电粘滑驱动器的结构设计
        4.2.1 驱动器的整机结构设计
        4.2.2 驱动器的加载装置设计
    4.3 杆式压电粘滑驱动器的有限元仿真分析
        4.3.1 模态仿真分析的参数设定
        4.3.2 模态仿真分析的结果提取
    4.4 杆式压电粘滑驱动器的样机研制
        4.4.1 驱动器样机的实物照片
        4.4.2 驱动器样机的阻抗测试
    4.5 小结
第5章 压电粘滑平顺驱动方法的实验研究
    5.1 引言
    5.2 平顺驱动方法的实验测试系统搭建
        5.2.1 实验测试系统的构成
        5.2.2 实验测试系统的实现
    5.3 平顺驱动方法的实验研究
        5.3.1 基本特性的实验测试
        5.3.2 波形对称性的实验测试
        5.3.3 对称波驱动的实验测试
    5.4 小结
第6章 结论
    6.1 结论
    6.2 论文中提出的新方法和新思路
致谢
参考文献
作者简介
攻读硕士学位期间研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于粘滑原理纳米定位平台的设计和分析[J]. 潘鹏,孙伏俊,杨飞雨,汪成伟,汝长海.  微纳电子技术. 2015(11)
[2]Large Thrust Trans-scale Precision Positioning Stage Based on Inertial Stick-Slip Driving[J]. 李宗伟,钟博文,王振华,金子祺,孙立宁,陈林森.  Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2015(02)
[3]压电驱动型微纳米压痕测试装置的设计与试验研究[J]. 黄虎,赵宏伟,史成利,杨兆军,万顺光,耿春阳,米杰.  机械工程学报. 2013(12)
[4]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)
[5]一种单构件双运动机理微小型机器人移动机构[J]. 孙立宁,李伟达,蒋振宇,郭伟,李满天.  机器人. 2010(01)
[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]基于惯性-摩擦驱动的球基微驱动器逆转现象分析[J]. 孙立宁,陈海初,李满天,齐毓霖.  摩擦学学报. 2005(05)
[9]新型二维压电移动机构[J]. 华顺明,曾平,王忠伟,程光明,杨志刚.  吉林大学学报(工学版). 2004(04)
[10]压电型惯性微驱动器研究[J]. 卢秋红,高志军,颜国正,颜德田.  压电与声光. 2004(02)

硕士论文
[1]基于超声减摩原理的气缸摩擦特性研究[D]. 高焓.哈尔滨工业大学 2011



本文编号：3205750