步进式精密直线压电驱动器的设计与研究

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1、分类号：TH1210710-2012125004硕士学位论文步进式精密直线压电驱动器的设计与研究连安志导师姓名职称宋绪丁教授申请学位级别工学硕士学科专业名称机械制造及自动化论文提交日期2015年5月27日论文答辩日期2015年6月10日学位授予单位长安大学DesignandResearchonaStepperPreciseLinearPiezoelectricActuatorADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LianAnzhiSupervisor：ProfessorSongXudingChang’anUnive

2、rsity，Xi’an，China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果.除论文中己经注明引用的内容外，对论文的研宄做出重要贡歒的个人和集体，均己在文中以明确方式标明.本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成采.本声明的法律贵任由本人承担.论文作者签名：>01^5年0《月/«曰论文知识产权权属声明本人在导师指导F所完成的论文及相关的职务作品.知识产权归成学校•学校车付以任何方式发表、复制、公开阅览，倍阅以及申请专利等权利.本人离校后发农成使用学位论文或与该论文S接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大

3、罕.(涉密论文在解密后应遵守此规定）年月/«日导师签名:摘要针对目前精密直线压电驱动器存的问题，如结构复杂，不易控制，精度不高等，本文基于压电驱动基本理论和改进的尺蠖运行原理，提出了一种步进式精密直线压电驱动器。本文主要内容如下：（1）介绍了国内外压电驱动器的研究现状、分类特点和发展前景；（2）详细介绍压电陶瓷的基本理论及其性能特点，并为后续驱动器的结构设计及参数仿真奠定基础；（3）基于改进的尺蠖运行原理，提出了一种步进式精密直线压电驱动器结构。结构上引入特有的柔性铰链及柔性箝位片机构，采用一体化的加工方法，使结构简单，提高运行频率；并采用可调节螺栓装置，降低了加工精度的要求；另

4、外，分析了柔性铰链和柔性箝位片装置的相关参数，并对其进行有限元静力与模态分析，得到刚度、固有频率等重要参数；（4）对驱动器的运行方式及输出参数仿真分析。首先对压电叠堆进行动力学分析，得到其仿真模型，接着对箝位机构、驱动机构进行动力学分析，得到动力学方程和仿真模型。然后分析了几种常用的摩擦模型，并采用改进的Dahl摩擦模型建立系统的仿真模型。在此基础上，利用Matlab/simulink软件对系统进行了仿真，得到驱动器运行特性及参数，包括运行方式、运行速度与频率的关系、运行速度与负载的关系和最大箝位力等。上述研究表明驱动器具有结构简单、运行平稳、箝位力大、输出性能稳定、响应快速及运

5、行频率高等特性，比传统直线驱动器有较大进步，应用前景广阔。关键词：压电陶瓷堆，柔性铰链，步进式驱动器，有限元分析，参数仿真iAbstractAccordingtothepresentproblemsofprecisionlinearpiezoelectricactuator,anewinchwormprecisionlinearpiezoelectricactuatorwasproposedbasedonthebasictheoryofinchwormprinciple.Inordertomakeitsstructureandoperatorparameterssatisfyth

6、erequirement,thisresearchconcludesthefollowingstudies:(1)Thedomesticandforeignresearchstatus,classificationcharacteristicsanddevelopmentprospectsofpiezoelectricactuatorwasintroduced;(2)Thebasicworkingcharacteristicsofpiezoelectricpileweresummarizedandintroduced,layafoundationforthesubsequenta

7、ctuator’sstructuredesignandparameterofsimulation;(3)Anewprecisionlinearpiezoelectricactuatorstructurewasproposed.Theactuator’sflexiblehingeandflexibleclampingpiecestructuremakeitmoresimple.Becauseoftheadjustableboltdevice,therequirementofthem