本文關(guān)鍵詞：V型雙振子螺桿式直線壓電作動(dòng)器研究

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【摘要】：壓電作動(dòng)器因其易于微型化、響應(yīng)快、可直驅(qū)以及斷電自鎖等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于微型機(jī)器人、航空航天、醫(yī)療器械以及MEMS等一些高精度定位要求的領(lǐng)域。本文基于將壓電材料的超聲振動(dòng)和精密螺旋傳動(dòng)相結(jié)合,提出一種螺桿式壓電作動(dòng)器,用作面向微細(xì)加工/微細(xì)作業(yè)等裝備的通用驅(qū)動(dòng)單元。針對(duì)貼片式壓電作動(dòng)器的壓電陶瓷易脫落、輸出效率低等缺陷,本文提出了一種V型雙振子螺桿式直線壓電作動(dòng)器。該作動(dòng)器利用雙振子激勵(lì)定子圓筒,使其表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生微幅振動(dòng),通過(guò)螺母和螺桿之間的摩擦耦合驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。壓電振子采用夾心式結(jié)構(gòu),利用壓電陶瓷的縱向工作模態(tài)d33模式工作。本文歸納了壓電材料的壓電效應(yīng)、壓電方程及表征其特性的重要參數(shù),運(yùn)用振動(dòng)理論分別對(duì)作動(dòng)器定子圓筒和彈性體振子進(jìn)行了振動(dòng)特性分析,揭示了彈性體振子在作動(dòng)器工作過(guò)程中循環(huán)往復(fù)地作左右、上下彎曲振動(dòng)。通過(guò)分析作動(dòng)器定子圓筒表面驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的振動(dòng)軌跡,進(jìn)一步闡釋了壓電作動(dòng)器的致動(dòng)機(jī)理。對(duì)作動(dòng)器定子進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇,運(yùn)用有限元法探討了定子結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)定子諧振頻率和諧振振幅的影響規(guī)律,優(yōu)化了作動(dòng)器定子結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,確定了作動(dòng)器理論工作頻率為9.801KHz。研制了作動(dòng)器實(shí)驗(yàn)樣機(jī),搭建了實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)并對(duì)其機(jī)械輸出性能進(jìn)行測(cè)試,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,驗(yàn)證了理論分析和仿真結(jié)果的正確性。在Vpp=300V條件下,實(shí)測(cè)作動(dòng)器樣機(jī)工作頻率為9.7KHz,略低于ANSYS仿真分析結(jié)果。無(wú)負(fù)載最大運(yùn)行速度為1.202mm/s,最大軸向力為2.3N。根據(jù)作動(dòng)器的工作振型及其相應(yīng)頻率,設(shè)計(jì)了作動(dòng)器專用驅(qū)動(dòng)電源。
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TH703

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