非对称式和变摩擦力式惯性压电旋转驱动器研究

摘要

惯性压电驱动器是一种以压电元件为驱动单元的精密移动装置，具有结构简单、功率密度大、精度高、响应速度快、工作效率高等特点，在微动开关、扫描仪、微机器人等设备中得到广泛应用。本文结合国家自然基金项目，以压电双晶片振子作为驱动单元，基于惯性冲击原理，设计制作驱动器样机，搭建试验测试平台，分析在惯性作用和摩擦力的影响下非对称式和变摩擦力式惯性压电旋转驱动器的运动特性。具体研究内容如下:
　　1.以惯性压电旋转驱动器为研究对象，基于压电双晶片振子的惯性冲击原理，确定了非对称夹持结构，分析了非对称夹持压电双晶片振子的运动过程和受力情况，采用MATLAB分析了不同夹持差和驱动电压对非对称夹持压电双晶片振子端部振幅和旋转力矩的影响;研究了变摩擦力式惯性压电旋转驱动器的驱动机理，并且对采用对称夹持、与水平面呈一定角度的压电双晶片振子进行受力分析。
　　2.基于非对称的惯性压电冲击原理，提出了一种非对称式惯性压电旋转驱动器，设计了非对称式惯性压电旋转驱动器的结构。设计的非对称式惯性压电旋转驱动器主要包括由压电双晶片组成的旋转驱动单元和由四杆铰链组成的摩擦力调节装置。根据设计的驱动器结构，分析了在对称方波激励下驱动器旋转运动的工作原理。提出了一种通过改变正压力实现驱动的变摩擦力式惯性压电旋转驱动器。对变摩擦力式惯性压电旋转驱动器进行了三维建模，分析了驱动器的工作原理，并讨论了摩擦力的大小对变摩擦力式惯性压电旋转驱动器运动方向的影响。
　　3.研制的惯性压电旋转驱动器夹持差可调，能够实现非对称结构的变化;同时通过压电双晶片振子与水平面的夹角调整，能够实现摩擦力的可调。初步测试研究表明:非对称式压电旋转驱动器的旋转步距的线性度和重复性优于变摩擦力式;摩擦力调节装置明显提高了摩擦力，有助于提高变摩擦力式惯性压电驱动器旋转步距的稳定性;有摩擦力的压电驱动器旋转步距小于无摩擦力的压电驱动器。

目录

论文说明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 压电驱动器的分类及国内外研究现状

1．2．1 压电驱动器的分类

1．2．2 国外研究现状

1．2．3 国内研究现状

1．3 压电驱动器的应用

1．4 本文的选题意义和研究的主要内容

1．4．1 选题意义

1．4．2 本文研究的内容

第2章 惯性压电驱动机理分析

2．1 压电元件的选择及仿真

2．1．1 压电元件的选择

2．1．2 压电元件仿真分析

2．2 非对称式惯性压电驱动机理分析

2．2．1 压电双晶片非对夹持结构及运动过程

2．2．2 非对称夹持压电双晶片受力分析

2．3 变摩擦力式惯性压电驱动机理分析

2．3．1 变摩擦力驱动过程

2．3．2 变摩擦力驱动结构受力分析

2．4 本章小结

第3章 惯性压电旋转驱动器的结构设计

3．1 非对称式惯性压电旋转驱动器的结构与工作原理

3．1．1 非对称式惯性压电旋转驱动器的结构

3．1．2 非对称式惯性压电旋转驱动器工作原理及动力学模型

3．2 变摩擦力式惯性压电旋转驱动器的结构与工作原理

3．2．1 变摩擦力式惯性压电旋转驱动器的结构

3．2．2 变摩擦力式惯性压电旋转驱动器的工作原理

3．3 本章小结

第4章 惯性压电旋转驱动器的试验分析

4．1 惯性压电旋转驱动器样机的制作

4．2 惯性压电旋转驱动器驱动与测试系统

4．3 惯性压电旋转驱动器的试验研究

4．3．1 非对称式和变摩擦力式惯性压电旋转驱动器运动性能分析

4．3．2 非对称式惯性压电旋转驱动器试验测试

4．3．3 变摩擦力式惯性压电旋转驱动器试验测试

4．3．4 变摩擦力非对称式惯性压电旋转驱动器试验测试

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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