新型壓電尺蠖精密驅(qū)動器柔性機構(gòu)分析與實驗研究.pdf

1、壓電尺蠖精密驅(qū)動器是基于尺蠖原理實現(xiàn)雙向、大行程、高精度直線運動的精密驅(qū)動器。針對壓電尺蠖驅(qū)動器存在的主要問題，本文重點針對尺蠖驅(qū)動器關(guān)鍵元件柔性鉸鏈機構(gòu)進行了系統(tǒng)而深入的研究，提出了一種新型行走型尺蠖驅(qū)動器。本文主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　對各類尺蠖驅(qū)動器的工作原理、運動方式等進行了系統(tǒng)地分析和研究，針對傳統(tǒng)行走型尺蠖驅(qū)動器加工要求高、調(diào)整配合困難的缺點，提出了利用兩根平行軸作為導(dǎo)向機構(gòu)的新型行走型尺蠖驅(qū)動器。該構(gòu)型的特

2、點便于采用調(diào)整機構(gòu)對壓電疊堆預(yù)緊及箝位摩擦面間隙進行調(diào)整，降低了加工要求，提高了系統(tǒng)可靠性。對該尺蠖驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)原理方案進行了詳細的分析，同時對驅(qū)動器的導(dǎo)向軸、銅套和預(yù)緊機構(gòu)進行了具體設(shè)計與分析，本文還分析了壓電疊堆與柔性機構(gòu)的耦合特性。
　　對尺蠖驅(qū)動器的關(guān)鍵元件柔性鉸鏈機構(gòu)進行分析研究，探討了柔性鉸鏈的精度特性?；谟邢拊椒ń⒘藛吻锌谌嵝糟q鏈旋轉(zhuǎn)剛度模型。提出利用橋式柔性機構(gòu)作為尺蠖驅(qū)動器中間驅(qū)動機構(gòu)與箝位機構(gòu)的耦合柔性機

3、構(gòu)，對橋式耦合柔性機構(gòu)進行了相應(yīng)的理論分析，研究了柔性鉸鏈寄生剛度及旋轉(zhuǎn)剛度精度對該類柔性機構(gòu)靜力學(xué)模型的影響，并建立了高精度的剛度和應(yīng)力模型，采用能量法建立其固有頻率模型。通過定義的誤差貢獻率評價指標(biāo)，方便地分析了柔性鉸鏈寄生剛度對平面柔性鉸鏈機構(gòu)剛度模型精度的影響。利用有限元方法給出根據(jù)性能要求確定柔性機構(gòu)幾何參數(shù)的簡單有效的優(yōu)化方法，并使用有限元軟件ANSYS及實驗方法進行了驗證。建立了平行板柔性機構(gòu)精確的剛度模型，對其尺寸參數(shù)進

4、行了設(shè)計分析，并使用有限元分析方法進行了驗證計算。
　　針對尺蠖驅(qū)動器柔性機構(gòu)三維有限元模型建模復(fù)雜、計算效率低的問題，對等效梁模型進行了分析比較研究，對其建模的基礎(chǔ)柔性鉸鏈的三維有限元模型與實驗結(jié)果進行對比分析，并對其承受剪切力的情況進行了對比分析，結(jié)果表明該模型具有較好的精度。以橋式柔性機構(gòu)為例，對橢圓柔性鉸鏈等效梁模型進行了分析比較，結(jié)果表明該模型具有廣泛的適用性。論文還利用等效梁模型對橋式柔性機構(gòu)進行優(yōu)化仿真分析，結(jié)果表明

5、該模型具有精度好、效率高的特點，適用于尺蠖驅(qū)動器柔性機構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。
　　為了驗證上述模型，研制了尺蠖驅(qū)動器專用的驅(qū)動控制器，構(gòu)建了尺蠖驅(qū)動器的實驗測試系統(tǒng)，對尺蠖驅(qū)動器樣機進行了實驗研究，測試并分析了尺蠖驅(qū)動器的各項性能參數(shù)。實驗證明，該尺蠖驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)方案是可行的，達到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)，進一步優(yōu)化后可具有良好的性能，為其進一步的研究提供了依據(jù)。
　　本文研究的新型行走型尺蠖驅(qū)動器克服了傳統(tǒng)行走型尺蠖驅(qū)動器的不足，在確