變摩擦式非對(duì)稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器研究.pdf

1、在對(duì)慣性壓電驅(qū)動(dòng)器研究現(xiàn)狀充分分析的基礎(chǔ)上,本文從機(jī)械設(shè)計(jì)出發(fā),提出利用非對(duì)稱的機(jī)械夾持結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱夾持壓電雙晶片振子產(chǎn)生往復(fù)不同的慣性沖擊力。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)代摩擦學(xué)理論的分析,通過(guò)改變慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器在接觸面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的接觸正壓力或摩擦系數(shù)的方式來(lái)改變驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)與接觸平面之間的接觸摩擦力,實(shí)現(xiàn)慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.分析了國(guó)內(nèi)外慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的研究現(xiàn)狀,采用對(duì)稱方波電

2、信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)非對(duì)稱夾持壓電雙晶片振子的激勵(lì),通過(guò)改變慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器與接觸平面之間的摩擦力,并與驅(qū)動(dòng)力相配合,從而增大慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)步長(zhǎng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
　　2.分析了壓電雙晶片振子自由端撓度以及慣性沖擊力幅值公式,通過(guò)Matlab仿真軟件分析了壓電雙晶片振子結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)自由端撓度幅值和慣性沖擊力幅值的影響,通過(guò)綜合分析,確定壓電雙晶片振子的結(jié)構(gòu)尺寸。
　　3.根據(jù)非對(duì)稱夾持懸臂式壓電雙晶片振子的運(yùn)動(dòng)特性,

3、對(duì)其有限元模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,利用ANSYS有限元軟件分析了對(duì)稱夾持與非對(duì)稱夾持兩種不同機(jī)械夾持條件下壓電雙晶片振子的模態(tài)振型曲線及前三階固有頻率。通過(guò)ANSYS仿真和試驗(yàn)對(duì)比分析了對(duì)稱夾持和非對(duì)稱夾持壓電雙晶片振子的瞬態(tài)位移以及加速度的差異。試驗(yàn)測(cè)試和仿真分析了不同夾持差、驅(qū)動(dòng)電信號(hào)頻率條件下非對(duì)稱夾持壓電雙晶片振子的慣性沖擊力性能,通過(guò)仿真分析和試驗(yàn)測(cè)試得出在夾持差為4mm,驅(qū)動(dòng)電信號(hào)頻率為10Hz時(shí)非對(duì)稱夾持壓電雙晶片振子能夠產(chǎn)生較大的

4、慣性沖擊力。
　　4.根據(jù)定摩擦式非對(duì)稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)原理,研制了慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器樣機(jī)。建立了非對(duì)稱夾持慣性壓電雙晶片振子的動(dòng)力學(xué)方程,根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程搭建了非對(duì)稱夾持壓電雙晶片振子以及定摩擦式非對(duì)稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器 Simulink仿真模型。對(duì)定摩擦式非對(duì)稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)位移進(jìn)行了仿真分析和試驗(yàn)測(cè)試,得出慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器在5Hz時(shí)能夠穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),但有回退。研究了不同驅(qū)動(dòng)電信號(hào)頻率、不同電壓幅值以

5、及不同沖擊質(zhì)量塊質(zhì)量作用下定摩擦式非對(duì)稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)步長(zhǎng)的變化規(guī)律。
　　5.根據(jù)變正壓力和變摩察系數(shù)兩種原理分析了變摩擦式非對(duì)稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)機(jī)理,設(shè)計(jì)了具有犁溝效應(yīng)的楔形摩擦足結(jié)構(gòu),通過(guò)SFT-2M銷盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試了不同接觸摩擦副時(shí)楔形摩擦足順逆摩擦系數(shù),得出具有最大順逆摩擦系數(shù)差的接觸摩擦副。試驗(yàn)測(cè)試了不同驅(qū)動(dòng)電信號(hào)頻率以及旋轉(zhuǎn)角度下變正壓力式非對(duì)稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)步長(zhǎng),試驗(yàn)測(cè)試結(jié)

6、果表明,在夾持差為4mm,驅(qū)動(dòng)電信號(hào)電壓為30V,驅(qū)動(dòng)電信號(hào)頻率為5Hz,旋轉(zhuǎn)角度為50°時(shí),變正壓力式非對(duì)稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器能夠?qū)崿F(xiàn)定向穩(wěn)定旋轉(zhuǎn),激勵(lì)電信號(hào)頻率為19Hz時(shí),變正壓力式非對(duì)稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器具有較好的線性度。采用順逆摩擦系數(shù)差值較大的接觸摩擦副,對(duì)變摩擦系數(shù)式非對(duì)稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試,結(jié)果表明,在夾持差為4mm,驅(qū)動(dòng)電信號(hào)電壓為30V,驅(qū)動(dòng)電信號(hào)頻率為5Hz時(shí),變摩擦系數(shù)式非對(duì)稱夾持慣性壓