圆柱形被动箝位式压电蠕动直线电机的研究

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1、国内图书分类号：TH117学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文圆柱形被动箝位式压电蠕动直线电机研究（学术型）硕士研究生：黄辉导师：曲建俊教授申请学位：工学硕士学科、专业：机械设计及理论所在单位：机电工程学院答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TH117U.D.C.:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHOFTHEPASSIVECLAMPTYPECYLINDRICALINCHWORM-TYPEPIEZOELECTRICLINEA

2、RMOTOR（学术型）Candidate：HuangHuiSupervisor：Prof.QuJianJunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MachanicalDesignandTheoryAffiliation:SchoolofMechatronicsEng.DateofDefence：July,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology：哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要基于爬行动物尺蠖的蠕动原理设计的压电蠕动直线电

3、机，由于结构紧凑、大位移、高分辨率的特点使其具有旋转电机无与伦比的优势，能够很好地控制形状和位置、抑制振动，在自适应结构系统、汽车、航空航天以及精密仪器等领域有着广泛的应用前景。本文旨在设计一种圆柱形被动箝位式压电蠕动直线电机，使其应用于细长紧凑的小空间的精密驱动和定位的场合，并对电机的性能进行试验验证。本文的主要研究工作如下。提出了一种新型的被动箝位式的压电蠕动直线电机结构，包括一个驱动机构和两个箝位机构这三个主要的摩擦组成机构，并且详细论述了箝位机构、柔性机构、驱动机构、预紧及定位机构的组成、设计原则、运行机理、尺寸和材料的选定等内容，选定了每个机构所采用的压电叠堆，分

4、析了电机设计中的各个影响因素。确定了电机的运动参数和结构参数，提出了电机正常工作需要满足的结构要求，用有限元分析软件ANSYS分析驱动机构和箝位机构的性能，优化电机的各部分功能尺寸，将三角放大原理柔性结构的设计中，对柔性机构的三角放大功能进行了运动学分析，得出了柔性机构的位移三角放大倍数，确定了箝位机构的过盈量。加工出了原理样机，选定了电机的控制方案，对电机的箝位性能、驱动性能和整机性能进行了完整地测试，实现了电机的蠕动步进运动，验证了理论设计和仿真结果的正确性，并且分析了理论和试验出现差异的原因。试验结果显示电机的静态箝位摩擦力为5N，最高位移分辨率为0.05μm，位移的

5、三角放大倍数大于4并且具有良好的一致性，最大驱动速度达到了364μm/s。关键词：压电蠕动电机；被动箝位；三角放大；柔性机构I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInchworm-typepiezoelectriclinearmotor,designedonthebasisoftheprincipleofreptilesinchwormcrawling,isduetothecharacteristicsofcompactstructure,largedisplacementandhighresolution,whichmakesitsincomparableadv

6、antagescomparedwithrotarymotor.Itcaneffectivelycontroltheshapeandpositionandsuppressvibration,therefore,ithasabroadapplicationprospectinthefieldsofthestructureofadaptivesystems,automotive,aerospace,precisioninstrumentsandsoon.Thepurposeofthispaperistodesignakindofpassiveclamptypecylindrica

7、linchworm-typepiezoelectriclinearmotor,whichwillbeappliedtotheslendercompactprecisiondrivingandpositioningintheoccasionsofsmallspace,andexperimentsontheperformanceofthemotor.Themainresearchworkofthispaperisasfollows.Anewstructureofpassiveclamptypeinchworm-type