新型壓電尺蠖精密驅(qū)動(dòng)器柔性機(jī)構(gòu)分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、壓電尺蠖精密驅(qū)動(dòng)器是基于尺蠖原理實(shí)現(xiàn)雙向、大行程、高精度直線運(yùn)動(dòng)的精密驅(qū)動(dòng)器。針對(duì)壓電尺蠖驅(qū)動(dòng)器存在的主要問(wèn)題，本文重點(diǎn)針對(duì)尺蠖驅(qū)動(dòng)器關(guān)鍵元件柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)進(jìn)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(dòng)器。本文主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　對(duì)各類尺蠖驅(qū)動(dòng)器的工作原理、運(yùn)動(dòng)方式等進(jìn)行了系統(tǒng)地分析和研究，針對(duì)傳統(tǒng)行走型尺蠖驅(qū)動(dòng)器加工要求高、調(diào)整配合困難的缺點(diǎn)，提出了利用兩根平行軸作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的新型行走型尺蠖驅(qū)動(dòng)器。該構(gòu)型的特

2、點(diǎn)便于采用調(diào)整機(jī)構(gòu)對(duì)壓電疊堆預(yù)緊及箝位摩擦面間隙進(jìn)行調(diào)整，降低了加工要求，提高了系統(tǒng)可靠性。對(duì)該尺蠖驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)原理方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析，同時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)器的導(dǎo)向軸、銅套和預(yù)緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了具體設(shè)計(jì)與分析，本文還分析了壓電疊堆與柔性機(jī)構(gòu)的耦合特性。
　　對(duì)尺蠖驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵元件柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析研究，探討了柔性鉸鏈的精度特性。基于有限元方法建立了單切口柔性鉸鏈旋轉(zhuǎn)剛度模型。提出利用橋式柔性機(jī)構(gòu)作為尺蠖驅(qū)動(dòng)器中間驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與箝位機(jī)構(gòu)的耦合柔性機(jī)

3、構(gòu)，對(duì)橋式耦合柔性機(jī)構(gòu)進(jìn)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(duì)該類柔性機(jī)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(guò)定義的誤差貢獻(xiàn)率評(píng)價(jià)指標(biāo)，方便地分析了柔性鉸鏈寄生剛度對(duì)平面柔性鉸鏈機(jī)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(jī)構(gòu)幾何參數(shù)的簡(jiǎn)單有效的優(yōu)化方法，并使用有限元軟件ANSYS及實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了驗(yàn)證。建立了平行板柔性機(jī)構(gòu)精確的剛度模型，對(duì)其尺寸參數(shù)進(jìn)

4、行了設(shè)計(jì)分析，并使用有限元分析方法進(jìn)行了驗(yàn)證計(jì)算。
　　針對(duì)尺蠖驅(qū)動(dòng)器柔性機(jī)構(gòu)三維有限元模型建模復(fù)雜、計(jì)算效率低的問(wèn)題，對(duì)等效梁模型進(jìn)行了分析比較研究，對(duì)其建模的基礎(chǔ)柔性鉸鏈的三維有限元模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，并對(duì)其承受剪切力的情況進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明該模型具有較好的精度。以橋式柔性機(jī)構(gòu)為例，對(duì)橢圓柔性鉸鏈等效梁模型進(jìn)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(duì)橋式柔性機(jī)構(gòu)進(jìn)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(diǎn)，適用于尺蠖驅(qū)動(dòng)器柔性機(jī)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　為了驗(yàn)證上述模型，研制了尺蠖驅(qū)動(dòng)器專用的驅(qū)動(dòng)控制器，構(gòu)建了尺蠖驅(qū)動(dòng)器的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)尺蠖驅(qū)動(dòng)器樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)試并分析了尺蠖驅(qū)動(dòng)器的各項(xiàng)性能參數(shù)。實(shí)驗(yàn)證明，該尺蠖驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)方案是可行的，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化后可具有良好的性能，為其進(jìn)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(dòng)器克服了傳統(tǒng)行走型尺蠖驅(qū)動(dòng)器的不足，在確