纵弯耦合振动型驻波压电驱动器的研究

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1、硕士学位论文纵弯耦合振动型驻波压电驱动器的研究RESEARCHONTHELONGITUDINAL-BENDINGCOUPLINGVIBRATIONSTANDINGWAVEPIEZOELECTRICACTUATORS李春红哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP211学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文纵弯耦合振动型驻波压电驱动器的研究硕士研究生：李春红导师：刘英想教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP211U

2、.D.C:681.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHELONGITUDINAL-BENDINGCOUPLINGVIBRATIONSTANDINGWAVEPIEZOELECTRICACTUATORSCandidate：LiChunhongSupervisor：Prof.LiuYingxiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofM

3、echatronicsEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，国内外压电驱动器的研究热点逐步从旋转型压电驱动器转移至直线型压电驱动器，而直线型压电驱动器主要采用模态复合以实现致动，包括：纵弯复合、弯弯复合，弯扭复合和纵扭复合等形式。对于传统纵弯复合直线电机，其采用独立的压电陶瓷组分别激励纵振和弯振，或是单独采用弯振陶瓷利用不同的激励信号分别激励纵振和弯振，该类电机存在以下不足：（1

4、）驱动器结构较为复杂，结构设计缺乏灵活性，对装配精度要求较高；（2）须分别激励纵振和弯振，驱动电路较为复杂，电源设计复杂。本文提出并研制一种纵弯耦合振动型驻波压电驱动器，创新之处在于采用单一压电陶瓷组同时实现纵振和弯振激励，在保证驱动效果的同时实现结构和驱动电路的简化；其中，纵振为主动激励产生，弯振为在非对称边界条件下耦合产生。本文首先从纵弯耦合振动型驻波压电驱动器的振动理论开始分析，对梁的纵振和弯振数学模型进行推导，并建立了梁端面质点的运动方程，得到了其斜椭圆轨迹的运动方程，对驱动器的等效电路进行了分析。然后基于理论分析设计了纵弯耦合振动型驻波压电驱动器，并从

5、模态分析、谐响应分析和瞬态分析方面对驱动器进行了仿真分析，得到驱动器驱动足的运动轨迹及相关的性能参数，同时通过仿真分析了非对称边界条件对驱动器性能的影响。在完成仿真分析的基础之上开始制作实验样机，搭建实验测试平台，从实验上测试了非对称边界条件对纵弯耦合振动型驻波驱动器性能的影响，然后进行了压电驱动器的机械特性测试，并实现了单向驱动，驱动器最大空载速度为891.3mm/s，最大负载推力可达39.2N；在单向直线驱动的基础上，对两种不同的双向驱动方案进行了实验测试。关键词：压电驱动器；耦合振动；非对称边界条件；固定约束-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Abstra

6、ctInrecentyears,moreattentionsforpiezoelectricactuatoristransferredfromrotarytypetothelineartypegradually,whichmainlyadoptshybridmodestorealizethedriving.Therearelongitudinal-bendinghybridmodes,bending-torsionhybridmodes,bending-bendinghybridmodesandlongitudinal-torsionhybridmodes,et

7、c.Fortraditionallinearpiezoelectricactuatorusinglongitudinal-bendingvibrationmode,independentpiezoelectric(PZT)ceramicgroupswereusedtogeneratethelongitudinalvibrationandbendingvibrationrespectively,whichmadethepiezoelectricactuatorhascomplicatedstructure.Somepiezoelectricactuatorsuse

8、onlyonegroup