用于压电马达的振动滤波器的研究
发布时间：2023-10-19 20:25
压电马达是利用压电材料的逆压电效应制成的一类驱动器的统称,具有结构紧凑、易于微型化、运动精度高、自锁等优点,在航天航空、医疗仪器和光学等领域得到了广泛的应用。作为一种典型的机电耦合设备,压电马达的运动特性受到质量和刚度分布的影响。本论文深入研究这种影响的机制,首次在压电马达领域提出振动质量隔离的思想,通过引入振动滤波器可控地调整压电马达的质量和刚度分布,以此达到改善现有压电马达的运动特性,提高运行效率的目标。考虑到压电马达种类繁多,运动机理各不相同,本论文分别针对多种压电马达展开讨论,从理论或实验角度阐述了基于振动滤波器的振动质量隔离方法的工作机制,主要研究内容总结如下:从理论角度阐述了振动质量隔离方法在驻波型压电马达(简称驻波马达)上的应用。传统的驻波马达存在严重的摩擦磨损问题,导致使用寿命短。基于振动质量隔离方法,本论文提出了分离式动子结构,即将传统动子分为一大一小两个部分,二者通过振动滤波器连接。小动子具有极高的频响特性,与振子的驱动足接触期间能够快速跟随对方的运动而不产生相对滑移。小动子的运动经过振动滤波器传递给大动子,其中包含的高频谐波分量被有效抑制。因此,大动子的质量将不会...
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 压电马达分类及其发展历程
1.2.1 惯性冲击型压电马达
1.2.2 尺蠖型压电马达
1.2.3 驻波型压电马达
1.2.4 行波型压电马达
1.2.5 复合模态型压电马达
1.3 压电马达应用场景以及发展趋势
1.3.1 压电马达应用场景
1.3.2 压电马达的发展趋势
1.4 本论文研究目的及主要内容
第2章 压电马达振动理论
2.1 引言
2.2 压电理论
2.2.1 压电效应
2.2.2 压电方程
2.2.3 压电陶瓷振动模式
2.3 用于压电马达的机械振动理论
2.3.1 杆梁形振子的纵振模态和弯振模态
2.3.2 压电马达建模实例
2.3.3 复合梁形振子中性层位置
2.4 振动滤波器基本原理
2.5 振动滤波器应用实例
2.6 本章小结
第3章 基于振动滤波器的驻波型压电马达
3.1 引言
3.2 驻波型压电马达驱动原理
3.2.1 驻波型压电马达运动过程
3.2.2 驻波型压电马达传统驱动机理
3.2.3 本论文提出的驱动机理
3.3 驻波型压电马达动力学模型分析
3.3.1 驻波型压电马达动力学模型
3.3.2 动力学模型计算结果分析
3.4 本章小结
第4章 振动滤波器用于解决行波型压电马达的谐振点漂移问题
4.1 引言
4.2 行波型压电马达工作原理
4.2.1 振子行波生成原理
4.2.2 振子表面质点的运动轨迹
4.3 振动质量隔离方法以及振子和转子耦合问题
4.3.1 振子和转子耦合状态分析
4.3.2 振子和转子完全耦合对行波马达启动影响
4.3.3 振动质量隔离方法的应用
4.4 振子解析模型与有限元验证
4.4.1 振子解析模型
4.4.2 振子解析模型的有限元计算方法验证
4.4.3 环形振子与等效简支梁
4.4.4 振动质量隔离方法
4.4.5 振动质量隔离方法理论分析
4.5 本章小结
第5章 基于振动滤波器的惯性冲击型压电马达
5.1 引言
5.2 基于振动滤波器的惯性冲击型压电马达工作原理
5.2.1 结构介绍
5.2.2 工作过程
5.3 基于振动滤波器的惯性冲击型压电马达动力学分析
5.3.1 带负载的惯性冲击型压电马达步距特性
5.3.2 带负载的惯性冲击型压电马达动力学模型
5.3.3 带负载的惯性冲击型压电马达动力学模型计算结果
5.4 基于振动滤波器的惯性冲击型压电马达实验测试
5.4.1 实验装置
5.4.2 碳纤维杆弹性对实验的影响
5.4.3 实验结果
5.4.4 误差诱因分析
5.5 本章小结
第6章 基于振动滤波器的高精度压电位移平台
6.1 引言
6.2 压电位移平台结构和工作原理
6.2.1 压电位移平台结构
6.2.2 压电位移平台工作原理
6.3 压电位移平台实验测试
6.3.1 压电致动器结构介绍
6.3.2 实验测试平台
6.3.3 柔性铰链结构设计
6.4 压电位移平台实验测试结果
6.4.1 移动台阶跃响应
6.4.2 移动台阶跃响应与驱动电压的关系
6.4.3 移动台的连续运动特性
6.4.4 移动台的纳米级定位特性
6.5 压电位移平台动力学分析
6.5.1 移动台的动力学模型
6.5.2 动力学模型计算结果
6.6 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 工作总结
7.2 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3855346
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 压电马达分类及其发展历程
1.2.1 惯性冲击型压电马达
1.2.2 尺蠖型压电马达
1.2.3 驻波型压电马达
1.2.4 行波型压电马达
1.2.5 复合模态型压电马达
1.3 压电马达应用场景以及发展趋势
1.3.1 压电马达应用场景
1.3.2 压电马达的发展趋势
1.4 本论文研究目的及主要内容
第2章 压电马达振动理论
2.1 引言
2.2 压电理论
2.2.1 压电效应
2.2.2 压电方程
2.2.3 压电陶瓷振动模式
2.3 用于压电马达的机械振动理论
2.3.1 杆梁形振子的纵振模态和弯振模态
2.3.2 压电马达建模实例
2.3.3 复合梁形振子中性层位置
2.4 振动滤波器基本原理
2.5 振动滤波器应用实例
2.6 本章小结
第3章 基于振动滤波器的驻波型压电马达
3.1 引言
3.2 驻波型压电马达驱动原理
3.2.1 驻波型压电马达运动过程
3.2.2 驻波型压电马达传统驱动机理
3.2.3 本论文提出的驱动机理
3.3 驻波型压电马达动力学模型分析
3.3.1 驻波型压电马达动力学模型
3.3.2 动力学模型计算结果分析
3.4 本章小结
第4章 振动滤波器用于解决行波型压电马达的谐振点漂移问题
4.1 引言
4.2 行波型压电马达工作原理
4.2.1 振子行波生成原理
4.2.2 振子表面质点的运动轨迹
4.3 振动质量隔离方法以及振子和转子耦合问题
4.3.1 振子和转子耦合状态分析
4.3.2 振子和转子完全耦合对行波马达启动影响
4.3.3 振动质量隔离方法的应用
4.4 振子解析模型与有限元验证
4.4.1 振子解析模型
4.4.2 振子解析模型的有限元计算方法验证
4.4.3 环形振子与等效简支梁
4.4.4 振动质量隔离方法
4.4.5 振动质量隔离方法理论分析
4.5 本章小结
第5章 基于振动滤波器的惯性冲击型压电马达
5.1 引言
5.2 基于振动滤波器的惯性冲击型压电马达工作原理
5.2.1 结构介绍
5.2.2 工作过程
5.3 基于振动滤波器的惯性冲击型压电马达动力学分析
5.3.1 带负载的惯性冲击型压电马达步距特性
5.3.2 带负载的惯性冲击型压电马达动力学模型
5.3.3 带负载的惯性冲击型压电马达动力学模型计算结果
5.4 基于振动滤波器的惯性冲击型压电马达实验测试
5.4.1 实验装置
5.4.2 碳纤维杆弹性对实验的影响
5.4.3 实验结果
5.4.4 误差诱因分析
5.5 本章小结
第6章 基于振动滤波器的高精度压电位移平台
6.1 引言
6.2 压电位移平台结构和工作原理
6.2.1 压电位移平台结构
6.2.2 压电位移平台工作原理
6.3 压电位移平台实验测试
6.3.1 压电致动器结构介绍
6.3.2 实验测试平台
6.3.3 柔性铰链结构设计
6.4 压电位移平台实验测试结果
6.4.1 移动台阶跃响应
6.4.2 移动台阶跃响应与驱动电压的关系
6.4.3 移动台的连续运动特性
6.4.4 移动台的纳米级定位特性
6.5 压电位移平台动力学分析
6.5.1 移动台的动力学模型
6.5.2 动力学模型计算结果
6.6 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 工作总结
7.2 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3855346
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