用于履带驱动的压电振子改进设计及实验研究

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1、中图分类号：TB552论文编号：102870115-S084学科分类号：080104硕士学位论文用于履带驱动的压电振子改进设计及实验研究研究生姓名黄翀学科、专业工程力学研究方向精密驱动与控制技术指导教师金家楣教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringImprovedDesignandExperimentalResearchonPiezoelectricVibratorforDrivingTr

2、ackAThesisinEngineeringMechanicsbyHuangChongAdvisedbyProf.JinJiameiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文

3、的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要针对月面复杂多变的地貌，结合履带式结构具有地形适应能力强、动载荷小及结构紧凑的特点，结合超声电机结构简单、响应快的特点，以结构简单、机械集成度高、重量轻为目标，提出建立压电驱动的履带式月面巡视驱动系统，探索月面巡视驱动系统的新原理。针对前期研究中，用于履带行驶系统的压电振子存在的不足，分析了影响系统驱动效率的因素。以四环型压电振子为研究对象，从振子结构和工作模态两方面对其进行了改进设计。利用ANSYS有限

4、元分析软件对改进后的压电振子进行了模态分析和谐响应分析；通过模态频率灵敏度分析得到了压电振子结构尺寸的加工精度要求；利用结构尺寸参数的多目标优化，获得了一组最佳的结构尺寸，使得压电振子的动力学性能最优。在有限元分析的基础上，制作了原理样机进行测振实验，实验结果表明改进设计后的压电振子性能明显改善。对改进后的压电振子进行了接触、摩擦实验，实验结果表明压电振子的运动特性与其接触的界面的硬度、粗糙度以及外界施加的预压力密切相关，存在着一组最佳搭配使得压电振子运动速度达到最大值。振子在测试界面上的运动最大速度能达到36.7mm/s。在此基础上设计加工了与振子动力学特性相匹配的履带，并进行了

5、履带驱动实验，实验结果表明履带张紧力、外界载荷对压电驱动行驶系统的驱动效率有很大的影响。改进后的履带行驶系统的最大运动速度为2.1mm/s。关键词：履带车、压电振子、改进设计、接触摩擦、实验研究本文工作得到了国家自然科学基金（资助号：No.51375225）的资助。本文工作在南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I用于驱动履带的压电振子改进设计及实验研究ABSTRACTBasedontheadvantagesofstrongenvironmentaladaptability,lowdynamicloadandcompactstructureoftrackedstru

6、cture,anewpiezoelectrictrackedinspectionsystemonmoonsurfacewithcomplicatedlandformisproposed.Takingadvantageofsimplestructureandfastresponseofultrasonicmotors,thisproposedtrackedsystemhastheadvantagesofsimplestructure,highmechanicalintegrationandlowweight.Inordertoimprovetheinsufficiencyofpiez

7、oelectricvibratorinthistrackedvehiclesysteminpreviousresearch,influencefactorontheefficiencyofthedrivingsystemisanalyzed.Settingfour-ring-typepiezoelectricvibratorastheresearchproject,thedesignofvibratorstructureandoperatingmodalisimpro