复合放大被动箝位压电蠕动直线驱动器研究.pdf

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1、硕士学位论文复合放大被动箝位压电蠕动直线驱动器研究RESEARCHONCOMPOSITEAMPLIFIERPASSIVECLAMPPIEZOELECTRICPERISTALTICLINEARACTUATOR胡明民哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN384;TH703学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文复合放大被动箝位压电蠕动直线驱动器研究（应用型）硕士研究生：胡明民导师：曲建俊教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classif

2、iedIndex:TN384;TH703U.D.C：621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONCOMPOSITEAMPLIFIERPASSIVECLAMPPIEZOELECTRICPERISTALTICLINEARACTUATOR(AppliedType)Candidate：HuMingminSupervisor：Prof.QuJianjunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEn

3、gineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要基于尺蠖运动仿生原理的压电蠕动直线驱动器，具有结构设计灵活、尺寸小巧、无磁干扰、位移分辨率高，且行程大等特点，在一些需要精密定位领域，如航天航空、精密光学、精密加工等，具有广阔的应用前景。这种驱动器箝位方式有两种，一个是主动（通电）箝位，另一个是被动

4、（断电）箝位，其中被动箝位方式具有断电自锁，节能等优势，成为近年来地研究热点。目前，这两种箝位方式驱动器急需研究的主要问题有，驱动器移动需要周向支撑，箝位力偏小等。本文研发了一款被动箝位压电蠕动直线驱动器及其驱动电源。该驱动器将三角、杠杆式放大结构与一体化结构设计理念相结合，成功设计出一种新式扁平化压电蠕动驱动器结构方案，有效解决周向定位与箝位力偏小问题。其驱动电源不仅小型化，而且驱动电压、驱动频率、信号形式可调，且能脱离上位机独立运行。首先，从被动箝位蠕动驱动器的工作原理出发，进行了驱动器的构型设计和静力学建模，得出了箝位机构和驱动机构的设

5、计原则，确定了箝位机构和驱动机构设计关键因素。采用正交实验方法设计出箝位机构合理结构参数；对驱动机构进行了静力学建模，并用有限元法进行了验证，建立了驱动机构结构参数与刚度的数学关系，确定了其合理的结构参数。研究了导轨结构形式对驱动效果的影响，确定了导轨的形状。然后，对驱动器进行了仿真分析，引入压电陶瓷力学和电学特性作为分析因素，建立了描述压电陶瓷位移输出特性的力学模型，将其导入到驱动器的结构变形协调分析中，合理地协调了箝位机构大箝位力与容易释放矛盾，解决了压电陶瓷与机械结构变形协调问题，完善了驱动器的结构分析方法，为驱动器设计提供了理论指导。

6、最后，研制出驱动器原理样机，依据蠕动式工作原理和控制策略，将压电陶瓷电容特性作为分析因素，建立其工作电学模型，仿真并实验验证压电陶瓷的电学特性对驱动器的动态性能影响规律，提出了蠕动驱动器的驱动电源的设计原则，设计出小型化驱动电源，搭建出驱动器性能检测装置。在标准驱动电源和自研驱动电源的驱动下，本款驱动器单侧最大静态箝位力为14N，最大运动驱动力为4N，在30V驱动电压下位移分辨率为0.4μm，在120V驱动电压和83.33Hz频率下有效驱动速度为608μm/s。关键词：压电直线驱动器；蠕动；复合放大；被动箝位；驱动电源-I-哈尔滨工业大学工程

7、硕士学位论文AbstractThepiezoelectriccreepinglinearactuatorbasedonthebionicprincipleoftheinchwormmotionhasthecharacteristicsofflexiblestructuraldesign,smallsize,nomagneticinterference,highresolutionofdisplacement,largetravel,etc.,andinsomeareasrequiringprecisepositioning,suchasaer

8、ospace,precisionoptics,precisionprocessing,etc.,piezoelectriccreeplinearactuatorha