弯振复合型螺杆式压电驱动器研究

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1、分类号：TM384学校代号：iuiuy密级：公开TaiyuanUniversityofScience&Technology硕士学位论文THESISOFMASTERDEGREE(专业型）论文题目:弯振复合型螺杆式压电驱动器研究研究生姓名;牛王刚_________________________指导教师;楼应侯副教授_________________工程领域/专业:机械11程_______________________学习年限:2012年9月一2015年7月论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方

2、外，论文中不包含其他个人或集体己经发表或撰写的研究成果。对本研究所做的任何贡献的个人或集体均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明产生的法律责任由本人承担。论文作者签名：兮1^]丨1曰期:，埼(U狗分类号：TM384学校代码：10109密级：公开太原科技大学硕士学位论文（专业型）学位论文题目：弯振复合型螺杆式压电驱动器研究研究生姓名：牛王刚导师姓名及职称：楼应侯副教授培养单位：机械工程学院学科专业：机械工程论文提交日期：2015年4月1日论文答辩日期：2015年5月19日答辩委员会主席：徐格宁教授中文摘要压电驱动器具备结构简单、体积小、频率响应快、大转矩、无电磁干扰

3、等诸多优点。主要利用压电陶瓷的逆压电效应以及螺杆与螺母的摩擦耦合来进行电能和机械能之间的能量转换。它特别适用于微小型驱动设备及精密定位装置，尤其广泛应用于医疗、航天、微机电系统（MEMS）等一些磁场敏感度高且高定位精度要求的领域。为了提高压电驱动器的机械输出性能，便于压电驱动器振动能量的传输，研制了一种弯振复合型螺杆式压电驱动器。本文首先讲述了弯振复合型螺杆式压电驱动器的基本结构以及运行机理，包括压电元件的振动模式和驱动器工作过程分析，并对换能器端面处某一质点的运动轨迹进行了分析。以理论分析得到的尺寸参数为前提，利用ANSYS有限元分析软件对换能器结构建立有限元模型，并对

4、换能器进行了模态分析和谐响应分析。利用模态分析确定了该驱动器的共振频率，利用谐响应分析得出了换能器结构参数变化对换能器谐振频率和谐振振幅的一般规律。最后，根据驱动器的结构制作了实验样机和驱动电源，通过具体的实验测试数据表明了理论分析和仿真分析是存在偏差的。在电压峰峰值为300V、驱动频率9.5kHz的情况下，该驱动器的最大空载速度为0.62mm/s，最大输出力为1.8N。关键词：压电驱动器；弯振复合；夹心换能器；谐振频率ABSTRACTThepiezoelectricactuatorhastheadvantagesofsimplestructure,easyminiatu

5、rization,fastfrequencyresponse,hightorque,noelectromagneticinterferenceaswellaspowerselflockingandsoon.Piezoelectricactuatorutilizetheconversepiezoelectriceffectandthefrictioncouplingoperationofthescrew/nuttoperformtheeneryconversionbetweentheelectricenergyandthemechanicalenergy.Itisparti

6、cularlysuitableforminiaturizationdrivingequipmentsandprecisionpositioningdevices,andithasbroadprospects,especiallyinthefieldsofaerospace,medical,micro-electromechanicalsystems(MEMS)andsomesensitivetomagneticfieldsandhighprecisionpositioningfields.Inordertoimprovethemechanicalperformancean

7、denergytransmissionefficiencyofpiezoelectricactuator,ascrewpiezoelectricactuatorusingbendingvibrationtransducerisproposed.Firstly,thestructureandoperatingprincipleofscrewpiezoelectricactuatorusingbendingvibrationtransducerwasintroduced,includingthevibrationmodesofpi