變摩擦式非對稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器研究.pdf

1、在對慣性壓電驅(qū)動器研究現(xiàn)狀充分分析的基礎(chǔ)上,本文從機械設計出發(fā),提出利用非對稱的機械夾持結(jié)構(gòu),實現(xiàn)非對稱夾持壓電雙晶片振子產(chǎn)生往復不同的慣性沖擊力。經(jīng)過對現(xiàn)代摩擦學理論的分析,通過改變慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器在接觸面上運動時的接觸正壓力或摩擦系數(shù)的方式來改變驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)運動時與接觸平面之間的接觸摩擦力,實現(xiàn)慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器單向旋轉(zhuǎn)運動。
　　本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1.分析了國內(nèi)外慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的研究現(xiàn)狀,采用對稱方波電

2、信號實現(xiàn)對非對稱夾持壓電雙晶片振子的激勵,通過改變慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器與接觸平面之間的摩擦力,并與驅(qū)動力相配合,從而增大慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)步長的同時實現(xiàn)穩(wěn)定單向旋轉(zhuǎn)運動。
　　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Matlab仿真軟件分析了壓電雙晶片振子結(jié)構(gòu)參數(shù)對自由端撓度幅值和慣性沖擊力幅值的影響,通過綜合分析,確定壓電雙晶片振子的結(jié)構(gòu)尺寸。
　　3.根據(jù)非對稱夾持懸臂式壓電雙晶片振子的運動特性,

3、對其有限元模型進行簡化,利用ANSYS有限元軟件分析了對稱夾持與非對稱夾持兩種不同機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ANSYS仿真和試驗對比分析了對稱夾持和非對稱夾持壓電雙晶片振子的瞬態(tài)位移以及加速度的差異。試驗測試和仿真分析了不同夾持差、驅(qū)動電信號頻率條件下非對稱夾持壓電雙晶片振子的慣性沖擊力性能,通過仿真分析和試驗測試得出在夾持差為4mm,驅(qū)動電信號頻率為10Hz時非對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)定摩擦式非對稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器運動原理,研制了慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器樣機。建立了非對稱夾持慣性壓電雙晶片振子的動力學方程,根據(jù)動力學方程搭建了非對稱夾持壓電雙晶片振子以及定摩擦式非對稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器 Simulink仿真模型。對定摩擦式非對稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)位移進行了仿真分析和試驗測試,得出慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器在5Hz時能夠穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)運動,但有回退。研究了不同驅(qū)動電信號頻率、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稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)步長的變化規(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稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器運動機理,設計了具有犁溝效應的楔形摩擦足結(jié)構(gòu),通過SFT-2M銷盤式摩擦磨損試驗機測試了不同接觸摩擦副時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。試驗測試了不同驅(qū)動電信號頻率以及旋轉(zhuǎn)角度下變正壓力式非對稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)步長,試驗測試結(jié)

6、果表明,在夾持差為4mm,驅(qū)動電信號電壓為30V,驅(qū)動電信號頻率為5Hz,旋轉(zhuǎn)角度為50°時,變正壓力式非對稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器能夠?qū)崿F(xiàn)定向穩(wěn)定旋轉(zhuǎn),激勵電信號頻率為19Hz時,變正壓力式非對稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動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,對變摩擦系數(shù)式非對稱夾持慣性壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器進行了試驗測試,結(jié)果表明,在夾持差為4mm,驅(qū)動電信號電壓為30V,驅(qū)動電信號頻率為5Hz時,變摩擦系數(shù)式非對稱夾持慣性壓