壓電粘滑驅(qū)動(dòng)技術(shù)因具有定位精度高、行程大、無(wú)電磁干擾等特點(diǎn),在精密光學(xué)系統(tǒng)、微/納米制造、生物醫(yī)療工程等領(lǐng)域展現(xiàn)出重要的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用前景。然而,已有壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器較難實(shí)現(xiàn)對(duì)緩慢與快速變形驅(qū)動(dòng)階段摩擦力進(jìn)行綜合調(diào)控,限制了其輸出性能,成為制約壓電粘滑驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。本文將非對(duì)稱柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)引入定子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使得定子軸向剛度分布不均,激發(fā)定子驅(qū)動(dòng)足產(chǎn)生側(cè)向位移實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng),并調(diào)整定子與動(dòng)子間的軸向接觸正壓力,實(shí)現(xiàn)對(duì)緩慢與快速變形驅(qū)動(dòng)階段摩擦力的綜合調(diào)控,提升壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器的整機(jī)輸出力與速度能力。闡述了壓電粘滑驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)理論,包括壓電效應(yīng)、壓電疊堆以及常見(jiàn)柔性鉸鏈的分類,分析了直圓型柔性鉸鏈的計(jì)算方法,通過(guò)采用降維法（MDR）將定子與動(dòng)子之間的三維接觸問(wèn)題精確地轉(zhuǎn)化為一維接觸,可以快速計(jì)算接觸和摩擦問(wèn)題的仿真,并基于MDR方法建立了驅(qū)動(dòng)器在水平力和軸向力的表達(dá)式的理論模型。開(kāi)展了壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器原理樣機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),以柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)足產(chǎn)生的最大側(cè)向位移為設(shè)計(jì)目標(biāo)的研究,分析了非對(duì)稱柔性鉸鏈驅(qū)動(dòng)足的合理位置,并通過(guò)靜力學(xué)分析得到了最終的結(jié)構(gòu)尺寸;分析了接觸過(guò)程中的粘滑接觸狀態(tài)以及兩者... 

【文章來(lái)源】：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)吉林省

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Zhang等人研制的二維壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器

圖 1.4 Stieg 等人研制壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器2010 年，美國(guó)華盛頓大學(xué) Hii 等人利用剪切模式的壓電元件設(shè)計(jì)了用于超真穩(wěn)定毫米級(jí)行程的壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器[21]，如圖 1.5 所示。所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器步長(zhǎng)可m 到 225 nm 之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，速度可達(dá)到 13.5 μm/s，且驅(qū)動(dòng)器步長(zhǎng)一致性較好偏差約為 1.2 nm，誤差運(yùn)動(dòng)在垂直于運(yùn)動(dòng)方向?yàn)?800 nm，熱穩(wěn)定性優(yōu)于 40 nm/2011 年，韓國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)院的 Lee 等人設(shè)計(jì)了一種用于通過(guò)單個(gè)壓電元雙滑塊的粘滑驅(qū)動(dòng)的新型驅(qū)動(dòng)方法[22]，并將其應(yīng)用于小型變焦鏡頭系統(tǒng)，如圖示。由于驅(qū)動(dòng)器的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)器數(shù)量的減少，使用該驅(qū)動(dòng)方法可以將變焦統(tǒng)設(shè)計(jì)成緊湊的尺寸。此外，使用單個(gè)壓電元件可有效降低成本。

圖 1.4 Stieg 等人研制壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器2010 年，美國(guó)華盛頓大學(xué) Hii 等人利用剪切模式的壓電元件設(shè)計(jì)了用于超真空、穩(wěn)定毫米級(jí)行程的壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器[21]，如圖 1.5 所示。所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器步長(zhǎng)可以在m 到 225 nm 之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，速度可達(dá)到 13.5 μm/s，且驅(qū)動(dòng)器步長(zhǎng)一致性較好，標(biāo)偏差約為 1.2 nm，誤差運(yùn)動(dòng)在垂直于運(yùn)動(dòng)方向?yàn)?800 nm，熱穩(wěn)定性優(yōu)于 40 nm/℃。2011 年，韓國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)院的 Lee 等人設(shè)計(jì)了一種用于通過(guò)單個(gè)壓電元件定雙滑塊的粘滑驅(qū)動(dòng)的新型驅(qū)動(dòng)方法[22]，并將其應(yīng)用于小型變焦鏡頭系統(tǒng)，如圖 1.6示。由于驅(qū)動(dòng)器的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)器數(shù)量的減少，使用該驅(qū)動(dòng)方法可以將變焦透鏡統(tǒng)設(shè)計(jì)成緊湊的尺寸。此外，使用單個(gè)壓電元件可有效降低成本。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于黏滑運(yùn)動(dòng)原理的單自由度納米定位臺(tái)設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)分析[J]. 張世忠,榮偉彬,臺(tái)國(guó)安,于淼,孫立寧.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2012(19)
[2]壓電陶瓷材料的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 李環(huán)亭,孫曉紅,陳志偉.  現(xiàn)代技術(shù)陶瓷. 2009(02)
[3]基于曲線柔性單元的新型大變形柔性鉸鏈[J]. 趙山杉,畢樹(shù)生,宗光華,于靖軍.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2009(04)
[4]壓電材料的研究發(fā)展方向和現(xiàn)狀[J]. 蓋學(xué)周.  中國(guó)陶瓷. 2008(05)
[5]壓電材料的研究與發(fā)展[J]. 付博,王輝,孫杰.  科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào). 2007(35)
[6]基于粘滑驅(qū)動(dòng)的球基微操作器動(dòng)力學(xué)建模與分析[J]. 郭偉,汪盛,李滿天,孫立寧.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2007(04)
[7]壓電薄膜型精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)研究[J]. 華順明,張宏壯,程光明,范尊強(qiáng),劉建芳.  光學(xué)精密工程. 2006(04)
[8]壓電材料的結(jié)構(gòu)及其性能研究[J]. 靳洪允.  陶瓷科學(xué)與藝術(shù). 2005(03)
[9]壓電陶瓷材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 雷淑梅,匡同春,白曉軍,成曉玲,向雄志,謝致微,葉永權(quán).  佛山陶瓷. 2005(03)
[10]基于粘-滑摩擦力模型的微型壓電驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)分析[J]. 盧秋紅,顏國(guó)正.  上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2004(08)

博士論文
[1]步進(jìn)式壓電驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)理論與試驗(yàn)研究[D]. 李建平.吉林大學(xué) 2016
[2]用于SEM微納操作的粘滑驅(qū)動(dòng)精密運(yùn)動(dòng)定位臺(tái)的研究[D]. 張世忠.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014

碩士論文
[1]用于醫(yī)學(xué)超聲的1-3型壓電復(fù)合材料性能的有限元研究[D]. 解妙霞.陜西師范大學(xué) 2006



本文編號(hào)：2966701