弯振复合型压电驱动器的结构设计和性能分析

发布时间：2023-10-02 05:09

　　压电驱动器(Piezoelectric Actuator)是精密驱动系统的关键元器件,被广泛应用于机器人系统、微机械系统、超精密测量仪器等领域。弯振复合型压电驱动器是一种模态复合型驱动器,通过将振子在两个或者多个方向的弯曲振动进行复合,形成椭圆轨迹从而驱动转子(滑块)运动,具有结构简单、加工制作简单、生产成本低等优点。但是目前对弯振复合型压电驱动器的研究较少,而且普遍存在驱动性能不良的情况。本文首先通过理论建模和数值方法分析了多层悬臂梁压电振子的动态性能,然后基于悬臂梁压电振子结构,设计了一种弯振复合型压电驱动器,并利用有限元方法对压电驱动器的结构参数、振动特性、机械特性等进行了分析。本文主要工作包括:1.基于欧拉-伯努利梁理论和压电本构方程,本文建立了一个悬臂梁压电振子的动态模型,用来评估压电驱动器振子的动态特性。针对应变节点对振子在高阶模态下的影响,设计了一种分段式电极结构,对比研究了分段式电极和传统的连续式电极两种电极结构的振子的动态输出性能,发现分段式电极结构能有效提高振子在高阶模态下的输出性能,并根据提出的模型对振子结构参数进行了优化分析。2.基于悬臂梁压电振子结构,设计了一...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 压电驱动器概述
        1.2.1 压电驱动器的原理和特点
        1.2.2 压电驱动器的分类
    1.3 压电驱动器的主要应用领域
    1.4 压电驱动器的国内外研究现状
        1.4.1 悬臂梁压电振子的理论研究现状
        1.4.2 弯振复合型压电驱动器的研究现状
    1.5 本论文的研究意义和主要内容
        1.5.1 本论文的研究意义
        1.5.2 本论文的主要研究内容
第2章 悬臂梁压电振子的理论建模和数值计算
    2.1 引言
    2.2 悬臂梁压电振子的建模
        2.2.1 材料的本构方程
        2.2.2 机电耦合模型的推导
        2.2.3 模态分析
    2.3 悬臂梁压电振子的有限元模拟
        2.3.1 有限元仿真参数的选取
        2.3.2 连续电极压电悬臂梁的模拟
        2.3.3 分段电极压电悬臂梁的模拟
        2.3.4 模型正确性的验证
    2.4 模型优化悬臂梁压电振子的结构参数
        2.4.1 自由端挠度与基底厚度的关系
        2.4.2 自由端挠度与过渡层厚度的关系
    2.5 本章小结
第3章 弯振复合型压电驱动器的结构设计和原理分析
    3.1 引言
    3.2 复合型压电驱动器的运行机理
        3.2.1 空间椭圆轨迹运动
        3.2.2 压电换能器理论
    3.3 压电驱动器的结构设计和材料选择
        3.3.1 压电驱动器振子的结构设计
        3.3.2 压电驱动器的整体结构
        3.3.3 金属基体材料的选择
        3.3.4 压电材料的选择
    3.4 弯振模式压电驱动器的驱动原理分析
        3.4.1 振子驱动足轨迹分析
        3.4.2 驱动器的运动机理分析
    3.5 本章小结
第4章 弯振复合型压电驱动器的性能分析
    4.1 引言
    4.2 驱动器振子的有限元建模
    4.3 驱动器振子的参数分析和模态匹配
        4.3.1 结构参数的灵敏度分析
        4.3.2 安装尺寸分析
        4.3.3 弯振模态的匹配
    4.4 驱动器振动特性分析
        4.4.1 压电驱动器的幅频特性分析
        4.4.2 压电驱动器的瞬态位移分析
        4.4.3 压电驱动器的运动轨迹分析
    4.5 驱动器机械特性分析
        4.5.1 频率-输出速度特性
        4.5.2 负载-输出速度特性
        4.5.3 负载-输出功率特性
    4.6 本章小结
第5章 总结和展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的论文及参与的会议



本文编号：3850157