双压电膜驱动器的有限元分析与实验研究

双压电膜是由压电材料层、环氧树脂层、金属层组成的复合板，将双压电膜组合在一起构成管内移动微小机器人的驱动器。该文以压电本构方程为基础，建立双压电膜驱动器的机电耦合的有限元模型，采用有限元分析软件对双压电膜驱动器进行静态和模态分析，同时对驱动器静态位移与固有频率进行测试。将有限元分析与实验测试结果进行对比分析，两者的结果一致。     

双压电复合薄圆板驱动器的理论分析

双压电膜是由压电材料层、环氧树脂层、金属层组成的复合薄圆板。将多层双压电膜组合在一起构成管内移动微小机器人的驱动器。文章基于压电和金属材料的弹性薄板理论，应用瑞利-李兹近似求解法，推导了在固支与简支两种边界条件下，双压电膜的弯曲振动的固有频率与相对庆的振型的计算表达式。将理论计算与有限元分析的结果进行对比分析，结果表明，两者的计算结果吻合好，验证理论分析的正确性。分析与讨论了压电层与金属层的厚度对固有频率的影响。此研究为微小型机器人驱动器的优化设计提供理论依据。     

基于ANSYS的面内压电微驱动器有限元分析

设计了一种新型水平面内微驱动器,其具有结构简单,响应速度快,输出位移大的特点。通过ANSYS软件建立了微驱动器的有限元模型,并对其进行压电分析,获得y、z向的变形图,其输出端的y、z向位移分别为0.61μm和1.13μm。经过模态分析获得微驱动器的前五阶共振频率,并提取了前三阶振型图,研究结果可知共振状态对微驱动器工作的影响状况。对微驱动器的关键尺寸进行了参数化研究,可对微驱动器的进一步设计提供理论指导。     

双晶片压电驱动器的研究

为实现较大的驱动力和速度,提出一种新型压电驱动器,研究了驱动器输出性能随压电泵工作腔数、频率的变化规律。制作驱动器,分别进行十腔串联压电泵/五腔压电泵并联、3~5个压电振子工作、50~400 Hz频率下的输出试验。结果表明,压电泵并联时驱动器的最佳输出功率较大;工作的振子数目不同,存在不同的最佳频率使驱动器的输出速度最大,相同的频率使输出推力最大;最佳频率时,驱动器的输出与工作的振子数目呈正比。在150V、380Hz时驱动器输出功率最大,此时输出速度和推力是10.72mm/s、57.7N。     

一种高效压电旋转驱动器的设计和研究

为解决压电双晶片旋转驱动器能量利用效率低,转动力学性能差等问题,设计了一种高效压电旋转驱动器。驱动器以压电双晶片组为原动件,通过双离合器机构耦合,将双晶片组正、反两个方向产生的扭转运动全部转化为连续旋转输出,提高了能量利用效率。通过双晶片组对称结构的设计和安装,改善了驱动器力学性能和刚度。通过有限元仿真分析和实际测试,驱动器转速与驱动信号的频率电压基本成线性关系,驱动器承载能力明显提升。驱动器结构紧凑,体积小,普通正弦信号即可驱动,不需要特殊驱动信号或专门时序控制电路,运行稳定可靠,控制简单高效,适用于微驱动领域。     

压电驱动器性能的有限元分析

首先采用有限元法建立了双面粘贴压电元件的悬臂梁驱动装置的理论模型,并通过实验验证了理论分析的可行性。然后,利用有限元软件建模的方便性,计算分析了粘贴层和压电层性质(弹性性质和尺寸大小)对驱动器与结构材料之间变形传递关系的影响。     

压电双晶片型惯性冲击式直线精密驱动器研究

研制了一种以自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片为驱动单元的新型惯性冲击式直线精密驱动器。对自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片的动态特性进行了有限元法(FEM)分析和实验研究,提出了压电双晶片型惯性冲击式精密驱动器特定的定频调压驱动方法。对压电双晶片型惯性冲击式直线精密驱动器进行了性能测试,测试表明该驱动器具有结构简单,行程大,驱动力强和分辨率高等特点,特别是其成本不足传统惯性冲击式驱动器的百分之一。     

PBP压电双晶片驱动器力学特性研究

为了获得后屈曲预压缩 （PBP）驱动器的力学特性,该文通过解析模型、有限元模型及实验验证对其进行了研究,3种结果符合较好。结果表明,PBP驱动器可达到10°的输出转角峰 峰值,3倍于施加同样电压的普通压电双晶片,设计空间增大。其一截频率达到178 Hz,远高于普通微小型电动伺服舵机。该文可为PBP舵机驱动器原理样机的研制提供理论基础和实验方法。     

用于压电合成射流驱动器的新型驱动隔膜研究

采用半钹形压电-金属复合结构作为合成射流驱动器的驱动隔膜以提高出口射流速度.建立驱动隔膜的有限元模型,仿真分析了隔膜尺寸参数与隔膜动态特性的关系,并对隔膜尺寸进行优化.制作了半钹形和平板形隔膜驱动器试件,利用激光位移传感器测量隔膜的动态变形特性.结果表明,优化后的半钹形驱动隔膜变形达到平板隔膜的2.6倍.     

一体双驱对称式压电悬臂梁微驱动器

设计了一种一体化加工的双驱对称式压电悬臂梁微驱动器。对压电驱动器工作原理、压电驱动器在准静态工况与共振工况下的输出特性进行了理论分析,确定压电驱动器几何尺寸。介绍了压电驱动器的多层复合结构与一体双驱的实现方式。制作了压电驱动器样机,并通过有限元仿真分析与测试实验相结合的方式得到压电驱动器的阻抗特性与输出特性曲线。将压电驱动器运用在轮式机器人,验证了设计的可行性。     

双模式压电粘滑驱动器设计与试验

该文提出了一种双模式压电粘滑驱动器,通过一个中间固支的压电单晶片和柔性放大机构实现非谐振模式和谐振模式的结合,使驱动器达到高运动精度和快速响应的目的。通过有限元法获得了合适的柔性放大机构参数,并分析验证了驱动器双模式工作的可行性。建立了驱动器的动力学模型,并搭建了试验测试系统。实验结果表明,该压电单晶片驱动的驱动器可实现双模式工作。非谐振模式下,样机最小步距为0.056μm,最大输出负载为1.2 N;谐振模式下,样机最大输出速度为12.56 mm/s,最大输出负载为1.4 N。     

负载刚度对压电元件输出特性影响的研究

压电元件在驱动微操作系统时,其输出位移要小于空载状态下的输出位移,针对众多引起压电元件输出位移减小的原因,重点分析了压电陶瓷输出位移与负载刚度之间的关系,并进行了压电陶瓷驱动弹性负载的实验。实验结果表明,压电元件的输出位移随着负载刚度的增加而减少。此结果为设计微操作系统时选用压电元件提供了理论依据。     

叉指形电极压电驱动器性能分析

分析了叉指形电极压电驱动器的结构特点和电场结构。给出了压电驱动器的本构方程,建立了叉指形电极压电驱动器的有限元模型,研究了指形电极关键尺寸和压电片厚度尺寸对驱动器应力、应变的影响,对比分析了普通电极压电驱动器的应力和应变性能。研究结果表明:叉指形电极压电驱动器比普通电极压电驱动器驱动应力大,最大可以高达5倍;具有明显的正交异性,横向效应系数为–2.16;减小电极中心距和压电片厚度能提高驱动器性能。     

径向双压电叠堆执行器建模与实验研究

该文设计了一种径向双压电叠堆执行器,可以实现单压电或双压电叠堆驱动,在不增加轴向长度的基础上实现输出位移的放大.针对该执行器,建立了基于Bouc-Wen的压电动态迟滞力模型作为执行器整体动力学模型力的输入;在MATLAB/Simulink中,基于最小二乘法对迟滞力模型中的参数进行辨识.仿真与实验结果表明,在峰-峰值14...     

压电执行器非线性控制方法研究进展

压电执行器在微驱动和微定位领域应用广泛,但压电执行器在输入电压和输出位移间存在着迟滞非线性。非线性的存在使压电执行器定位精度降低,动态响应速度变慢,是其工程上进一步应用的主要障碍。减小和消除迟滞非线性成为实现高精度控制的关键。总结了近年来国内外在减小和消除压电执行器迟滞非线性方面上的研究工作,并指出当今研究的热点及未来研究的方向。     

多层微悬臂梁压电薄膜致动器的静态分析

考虑缓冲层和电极层,建立了一个多层微悬臂梁压电薄膜致动器的静态模型来评估微悬臂梁的致动器的静态性能。对此模型致动器的自由端挠度和致动力进行模拟,同时将得到的结果与有限元模型结果进行对比验证模型的正确性。对比可知,理论模型与有限元模型相符。这项研究为压电致动器的结构设计和性能改善提供了帮助。     

一种新型压电陶瓷固液一体化作动器

提出了一种基于压电陶瓷的新型固液一体化作动器。该作动器通过两个压电陶瓷泵协调工作,由压电陶瓷提供动力,液压油为介质,用泵体代替普通一体化作动器中的单向阀,克服了单向阀的响应频率瓶颈,从而有效地利用了压电陶的高频响应特性,同时集成的一体化结构设计,避免了普通液压作动器的分布管路。对设计的一体化作动器进行了建模仿真,得到仿真曲线,结果表明该作动器相对体积小,输出位移大,响应频率高,承载能力强,动态特性好,并且实现了全电工作。     

压电式触觉反馈执行器发展综述

该文介绍了压电式触觉反馈执行器的基本原理及开展研究的理论基础。根据触觉反馈执行模块的表面结构和压电材料对压电式触觉反馈执行器进行了分类,并介绍了其特点及国内外相关研究成果。根据两种分类方式对压电式触觉反馈设备进行了交叉比较,分析了各类压电触觉设备的应用范围,并以此为基础阐述了压电触觉未来的发展趋势及研究方向。     

圆窗激振人工中耳压电作动器设计与实验研究

针对现有临床上所用的圆窗激振式人工中耳作动器存在的低频增益不足,与圆窗膜尺寸不匹配及初始压力不可控的问题,结合人耳解剖结构,设计了一款带有弯张放大器的新型压电作动器。为了辅助设计该作动器,建立了作动器有限元模型及作动器-人耳耦合力学模型。基于该模型,对作动器弯张放大器、支撑弹簧、耦合杆端面的关键参数进行了优化分析。通过实验对所设计的压电作动器的频响特性、总谐波失真进行测试。结果表明,所设计的压电作动器工作频带宽,低频性能优越;最大谐波失真仅为2.36%,满足助听装置清晰度要求。     

A Novel Rectangular Element for Piezoelectric Laminated Plates

Piezoelectric materials are widely used as sensors and actuators in intelligent structure applications, such as vibration suppression, shape control, noise attenuation and precision positioning[1~4]. To perform the analysis of piezoelectric intelligent structures, great efforts have been made by the research community. For example, Bayley and Anderson[5], and Lee analyzed the intelligent structures with piezoelectric actuators and sensors based on analytical approaches. Tzou and Tseng[6,7], …