压电直线精密驱动器研究.pdf

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1、第13卷第1期光学精密工程Vol.13No.12005年2月OpticsandPrecisionEngineeringFeb.2005文章编号1004-924X200501-0065-08压电直线精密驱动器研究刘建芳!杨志刚!范尊强!程光明"吉林大学!吉林长春130025#摘要!提出一种新型的压电直线精密步进驱动器该驱动器采用仿生运动的原理以定子主动箝位的方式和双侧薄壁铰链微变形结构解决了以往压电精密驱动器箝位不牢固步进频率较低行程小分辨率低速度低驱动力不稳定等问题研制的精密直线驱动器能够实现高频率100~Z高速度30mmmin大行程>10mm

2、高分辨率0.05卜m大驱动力100N等特点大幅度提高了压电型步进驱动器的驱动性能关键词!压电陶瓷驱动器!定子主动箝位!精密驱动器!双薄壁柔性铰链!大行程中图分类号!TG1156文献标识码!APrecisePZtlinearstepactuatorLIUjian-fangANGZhi-gangFANZun-CiangC~ENGGuang-mingJilinUniuersitSChangchun130025ChinaAbstractAnewprecisionlinearPZTactuatorisproposedtoimproveitsdriveca

3、pabilitiesthatisbasedonthepieZoelectricPZTtechnology.Itadoptstheprincipleofbionicsandworksinanewmodeofstatorinitiativeanchoringlooseningandadistortionstructureofdouble-sidethinflexiblehingewhichhassolvedtheproblemofanchoringlooseningfreCuencyourneyresolutionandve-locity.Thee

4、xperimentshowsthatthenewlinearPZTactuatorworksatahighfreCuencyof100~Zhighspeedof30mmminlargetravelabove10mmhighresolutionof0.05卜mandhighload100N.KeywordspieZoelectricactuatorstatorinitiativeanchoringlooseningstepactuatordouble-sidethinflexiblehingelargetravel收稿日期!2004-11-21"

5、修订日期!2005-01-25.基金项目!国家863计划资助No.2002AA42315066光学精密工程第13卷会伴随着位移的减小图1为压电陶瓷叠1引言堆力特性曲线近年来随着微纳技术的迅猛发展在光学工程微电子制造航空航天技术超精密机械制造微机器人操作地震测量生物医学及遗传工程等技术领域的研究都迫切需要亚微米级微纳米级的超精密1驱动传统的驱动器技术功率-质量比低必须远离驱动点安装而且驱动器高速运转后需要减速装置变速致使传动系统复杂结构累赘显然传统技术已不能满图1压电陶瓷叠堆的力学特性2足工业领域发展的需求Fig.1Mechanicalprope

6、rtiesofpieZoelectric近年来国际上开始了压电精密驱动技ceramicstackers术的研究压电材料在驱动时具有纳米级产生的最大力基本公式为的稳定输出位移精度并且压电驱动线性好控制方便分辨率高频率响应好不发FmaxkKT>L0热无磁干扰无噪声等同时压电驱动其中L0力为0时的最大位移量m器能实现体积小质量轻大功率密度的特KT压电陶瓷叠堆的刚度系数Nm实际应用中常用下面公式点因此压电型精密微驱动技术已成为国3KT内外的重点研究方向FmaxeffkKT>L01_1KTK步进式工作原理是根据自然界某些爬其中L0无外部载荷时的最大位移量

7、m虫类动物爬行的方法而提出的故称为步KT压电陶瓷叠堆的刚度系数Nm进式驱动机构这种运动方式又称为蠕动Ks外部接触物体刚度系数Nm式inchworm在时序控制电压信号的作2.2机械与结构4用下则驱动装置可实现定向运动2.2.1定子箝位体结构现在国内外对步进精密驱动器的研究本文研制的压电直线驱动器整体结构都取得了一定的进展但对超精密大行如图2所示该结构主要由定子箝位体和5程高速大载荷驱动器并未取得突破直线动子组成定子箝位体上安装有箝位本文以一种新型的结构研制出了这种性能动力压电叠堆直线动子上安装有驱动动优越的驱动器力压电叠堆通过各压电陶瓷叠堆的协调

8、工作使直线动子在定子导向孔中运动2驱动器基本原理及结构箝位机械结构原理图如图3所示定子体固定不动压电叠堆带电伸长使薄壁2.1压电陶瓷叠堆的力学特性铰链