新式压电精密旋转驱动器

提出一种新型将压电叠堆驱动元件应用到精密旋转驱动器上的研究方案。在对驱动器工作原理和机械结构进行分析研究的基础上,建立了以压电叠堆为驱动元件的旋转驱动数学模型。采用有限元分析软件对机械结构进行了分析,得到了机械结构工作方向的静力学变形图和频率响应特性曲线;对低频状态驱动器的旋转分辨率进行了试验测试,并对样机的频响特性进行了试验测试,结果表明仿真分析结果基本反映了机械结构的谐振频率分布状况,对结构优化设计具有一定的意义,此外对影响测试结果精度的因素进行了分析。设计的结构具有低频工作稳定、分辨率高(0.136 6μrad)等优点。     

精密直线压电驱动器的设计与研究

针对现有直线驱动器精度及输出位移受限等问题,该文基于改进的尺蠖原理,以压电陶瓷堆为动力源设计了一种新型精密直线驱动器。首先介绍该驱动器的结构原理、运行过程及实现方式,然后对该驱动器所用压电陶瓷的特性进行分析,并采用ANSYS对主要部件进行有限元分析。本驱动器采用特有柔性铰链结构和柔性箝位片设计结构,可实现双向移动和输出位移不受限,有效弥补了现有驱动器的一些不足,实用价值较高,有望在微驱动领域推广与应用。     

新型压电叠堆式步进直线精密驱动器设计

提出了以压电叠堆作为驱动源的新型步进直线精密驱动器,分析了步进直线驱动器的工作原理,设计步进直线驱动器结构及其控制电压波形。为减少驱动器部件间摩擦,构建了滚动直线滑轨与驱动器结合的结构模型。制作了步进直线精密驱动器样机,并对样机进行实验测试,实验结果表明,驱动器的最小步距为0.05 μm,最高运行速度为610 μm/s,且运动性能稳定。     

压电型精密位移驱动器的研究进展

把压电型精密驱动器按技术特点分为直动式、步进式／蠕动式和惯性式三类,列举了各类中的国内外典型机构,分析各类驱动机构的工作原理、优势、缺点、适用场合及研究的活跃点,对进一步研究多自由度精密位移驱动器具有指导意义。     

压电驱动微进给工作台设计与性能研究

根据杠杆原理,使用结构紧凑的柔性导向支承机构,将压电驱动元件的伸长量传递到精密机床的进给系统上,进行精密进给。调节输入输出比可改变输出量大小及系统刚度。简述设计过程,提出了铰链的解析模型和有限元模型。测试结果表明柔性导向支承机构的静态刚度为5.5 N/μm,自振频率为439 Hz;微进给工作台行程为25μm,静态刚度约为200 N/μm。     

螺旋箝位双向大推力压电直线作动器研究

设计了一种基于螺旋箝位原理的尺蠖式压电直线作动器,它可实现大推力、大行程双向作动。阐述了螺旋箝位运动原理,进行作动器的结构设计。通过ANSYS有限元仿真分析了箝位力对端面的影响,并对力矩电机主轴进行强度校核,分析了计算力矩电机转速与压电叠堆驱动频率的匹配关系。最后,搭建实验测试系统。结果表明,该作动器在叠堆驱动电压为150 V、频率100 Hz、电机转速150 r/min时,获得最大推力为190 N,行程可达60 mm。     

压电微角度驱动器及其闭环控制检测系统

采用高碳铬轴承钢GCr15作为压电微角度驱动器的加工材料,满足了系统高硬度、耐磨性、抗腐蚀性等要求。运用柔性铰链结构为压电陶瓷提供预紧并扩大输出角位移。通过TMS320LF2407型数字信号处理器(DSP)实现对运动系统的控制,提高了系统数据处理能力和运行速度。对运动系统采用数字比例-积分-微分(PID)闭环控制,提高了驱动器的位移分辨率和重复定位精度。在检测系统中,通过集成在驱动器上的圆光栅,将驱动器的实际输出结果一方面液晶显示,另一方面反馈到DSP内以进行闭环控制。驱动器单周期角位移精度可达3%。     

压电陶瓷微驱动器用于超精定位的技术研究

对压电陶瓷微位移驱动器用于超精密二维柔性微定位系统的几个关键技术进行了理论分析和实验研究,并得到了二维微定位系统的双向静态、动态特性曲线。经测试,通过闭环控制的定位重复性精度在-１５ｎｍ～＋１５ｎｍ以内,采取这些关键技术措施是可行的。     

用于微振动主动控制大位移压电堆驱动器设计

首先对压电堆驱动器的静态驱动特性进行了系统的理论分析,为压电堆驱动器的结构设计奠定理论基础。在此基础上,对压电堆驱动器的动态驱动特性及其结构模态等的测试方法进行了研究,从而为压电堆驱动器有效的应用于各类微振动主动控制系统奠定基础。最后设计并制作了一台大位移压电堆驱动器,对其各项性能进行了理论计算和实验测试,结果达到了预期设计要求,并成功应用于某微振动主动控制系统中,取得了良好的主动振动控制效果。     

压电叠堆相位滞后特性的研究

压电叠堆构成的微位移器广泛应用于精密工程和各种控制领域. 作动态控制时对压电叠堆的相位响应特性有一定要求.笔者分析了影响压电叠堆响应特性的主要因素:(1)容性器件电流与端电压的关系;(2)叠堆结构本身的蠕变等机械阻尼;(3)信号源内阻造成的相位滞后;(4)机械夹持结构的动特性影响.通过分析可以掌握在堆相位滞后的实质,为控制系统最优设计提供依据.文中给出了一组压电叠堆实际相频特性的测量结果,提出了相位滞后的校正方案,并进行了实际修正.     

一维压电式微定位机构的设计研究

针对精密工作台高速、低精度的矛盾,以柔性铰链为导向元件、压电陶瓷为驱动器,研究、设计了一种一维高分辨率压电式微定位机构。由于精密工作台高速运动产生的运动惯量较大,欲实现亚微米级的定位精度是很困难的,因而在精密工作台运行到位后,由微定位机构对检测装置所检测出的定位误差进行补偿,以提高工作台的定位精度;由于压电陶瓷微位移器件输出位移过小,因此提出了一种单自由度对称式柔性铰链放大机构来提高微定位行程。给出了机构的动力学模型,并结合光栅尺检测装置,设计并研制了数字闭环定位控制系统,对微定位机构的定位特性进行了测试。实测结果表明,此微定位系统可实现高分辨率、长行程定位,定位分辨率达0.01μm。     

用于挠性驱动的双足压电作动器的研究

为了进一步拓展压电式挠性驱动的研究和大包角挠性驱动机理,该文提出了一种用于挠性驱动的双足压电作动器.压电作动器结构为带有两圆柱驱动足的方形截面梁,在驱动足外圆柱面加工螺旋槽,既保证了挠性丝与驱动足的充分接触,又使挠性丝缠绕多圈时不会相互影响.根据设计思路,使用ANSYS有限元分析软件建立压电作动器的有限元模型,并确定其...     

基于柔性放大机构的压电微夹钳研究

基于钳指可平动并能感知钳指位移与夹持力的要求,采用柔性放大机构对压电微夹钳进行了结构设计。基于ANSYS的压电耦合场分析技术,对压电微夹钳的静动态特性进行了分析表明,在200V的最大驱动电压下,钳指最大位移为233.9μm;在20V的阶跃驱动电压下,钳指的稳态位移为20.6μm,响应时间为0.1s;通过实验对压电微夹钳的静动态特性进行了测试,结果表明,在150 V的驱动电压下,钳指位移为78.4μm,夹持0.3mm×8mm微轴所产生的夹持力为9.2mN。     

用于挠性驱动的短筒型压电振子研究

面内模态压电振子是压电驱动的一个重要分支,小型的面内模态压电振子研究较少。为了拓宽面内弯曲压电振子的应用,提出了一种短筒型压电振子,可用于挠性驱动。利用ANSYS有限元软件确立了压电振子的结构尺寸、工作模态及固有频率。振子外径䥺SymbolFC@30 mm,高度12 mm,且外圈均布36个2 mm高的齿形结构,用于放大振幅。结果表明,该结构能够很好地激发出两同频正交三阶面内弯曲工作模态。实验测得振子在B₀₃工作模态下具有同频正交性且谐振频率为27 140 Hz,与仿真结果吻合。通过实验验证了压电振子用于挠性驱动的可行性。     

压电变压器三维温度分布研究

压电变压器工作中存在的热问题严重阻碍了其在高功率方面的发展和应用。文章分别对输入电压峰-峰值为60V,80V,100V压电变压器轮廓振型的三维温度分布进行了有限元分析和实验测量。分析结果为压电变压器散热装置的设计提供参考依据。对比实验结果,仿真结果弥补了实验中因焊点位置、制作工艺等对温度分布带来的影响。     

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。     

制备工艺对PZT陶瓷压电性能的影响

分别采用两步预烧工艺和传统一次预烧工艺制备了0.13Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.01Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.86Pb_(0.82)Ba_(0.08)Sr_(0.10)Ti_xZr_(1-x)O_3(0.48≤x≤0.51)陶瓷粉体,再通过传统固相烧结法将两种粉体制备成压电陶瓷。研究了前驱体煅烧工艺和锆钛比对压电陶瓷性能的影响。结果表明,两种制备的压电陶瓷均为纯净的钙钛矿结构。两步预烧法可提高陶瓷的压电、机电性能,但介电性能降低。两步预烧法制备陶瓷的压电常数d33最高可达884pC/N,平面机电耦合系数kp可达66.4%,相对介电常数εr为5 742。采用传统固相法制备陶瓷的d33和kp分别降低到755pC/N和56.1%,ε_r则提高到7 324。     

压电式微定位机构及其控制系统的研究

研究、设计了一种以柔性铰链为导向元件、压电陶瓷为驱动器的微定位机构，给出了机构的动力学模型。结合检测装置和微机控制系统，设计并研制了基于前馈控制同数字PID反馈控制相结合的复合控制的微定位系统。实验表明，微定位系统定位行程可达100μm，定位分辨力0．01μm。     

材料微观力学性能测试加载装置研究

材料微观力学性能测试以纳米压痕和划痕最具代表性,通过连续记录载荷-深度关系曲线,进而分析获取被测材料的硬度、弹性模量及粘附性等参数。该文提出一种压头固定,试件运动的纳米压痕加载装置,以压电叠堆驱动、柔性铰链传动,实现压入与压出过程。首先讨论了两种用于纳米压痕/划痕的直角式柔性铰链方案,进行了静力和模态分析;其次对精密加载单元进行具体结构设计和有限元分析;最后试制了加载装置样机并进行压痕实验。研究结果表明,该装置可较准确测取材料硬度,且具有较好的稳定性。