LIPCA压电驱动执行器的性能研究.doc

西安电子科技大学硕士学位论文LIPCA压电驱动执行器的性能研究姓名:任彦丰申请学位级别:硕士专业:微电子学与固体电子学指导教师:娄利飞201201????摘要摘要动功率低和工作频带宽等特点而备受瞩目。但压电驱动执行器具有输出位移量小的缺点,因此发展一种微型化、重量轻、大位移且有一定承载能力的执行器,成为压电驱动执行器发展的必然趋势。输出位移大,制造工艺简单等诸多优点。本文首先根据复合材料弹性力学和压电学理论,阐述了???墓ぷ髟?恚???频汲鲇跋霯??性能的关键设计参数,即驱动力臂、抗弯刚度、穹顶高度和热残余应力。然后利用?语言编写了基于经典层合板理论数值计算的应用程序,对?安憧赡艿腖??组合结构的关两者结果比较吻合。逆压电效应执行器有限元分析????瓵????????????????????琤????????????????.??.?????????????????????????????琣?????????????????????????????????,???????.?????????,???????,?????·??,?????????,?????????????琣???????第一章绪论执行器又名驱动器、作动器或致动器,是指能产生驱动作用的器件或装置,是一切自动化装置和设备的动力部件。同时,执行器作为一种换能器,它将电、光、热等多种形式的非机械能转换成为机械能输出。因此,它有多种不同的工作原理和结构形式。若从能量转换形式分类【?,有静电驱动、电磁驱动、压电驱动、形状记忆合金驱动、热驱动、光驱动、凝胶等高分子驱动、超导驱动及超声波驱动等形式;若按其输出运动的形式分类,则有线位移式、回转式和尺蠖式等。在所有涉及自适应结构、有源振动控制、??系统以及机器人的元件中,形状记忆合金等?啾龋?沟缜??葱衅骶哂行矶嘤帕嫉男阅堋?】:①压电驱动执行器单位质量下具有高的输出功率。己有的数据表明,在小型化领域???韵?,压电驱动执行器的单位重量输出力或力矩比电磁驱动执行器高出一个数量级;单位重量输出功率亦是电磁驱动执行器的几倍,而且越是小型,这种差距越明显;②控制精度高,线性好,可达到微纳米级分辨率;低速、大扭矩、功耗低;同时,体积小易集成,可以设计成微机械系统;③频率响应速度快,响应时间在微秒量级,可应用在高响应速度定位系统中,也适合做成超声波器件;④功耗小,比电磁驱动执行器小一个数量级且无噪声;⑤压电驱动执行器的磁干扰极小,同时,外界的磁场对其作用亦很小,因此,对于要求磁干扰影响较小的工作场合,压电驱动执行器有重要的应用价值;⑥压电驱动执行器的结构可以根据需要制成多种型式,比如圆环形、棒形、圆柱形、长条形和板形等。⑦适用于真空和超净环境,压电驱动执行器采用陶瓷材料,不需要任何润滑剂,也不会产生磨损,因此可满足真空和超净环境下应用的苛刻条件。所以,压电驱动执行器己成为一种理想的微位移执行装置,非常适合在精密机械、精密机械加工及小负载、大转矩、高精度的机械传动装置等领域中应用,同时其最大特点是为微米、纳米量级的位移或运动提供了新手段和新途径。而大位移执行器的应用更为广阔,如压电行波马达、微型压电泵、微型压电阀、微喷墨打印头、机器人、微飞行器和智能结构等。但压电驱动执行器具有输出位移量小,输出位移形式单一的缺点,在许多应用场合不能直接输出满足各种执行机构的运动要求,应用中常需要对压电驱动执多层片式陶瓷执行器结构示意图高。??在结构上串联,电极并联,这种结构的??,其叠加层数会受到限第一章绪论?单??晶片弯曲执行器的位移量,但其承载能力较低。损坏。随着应用的需要,出现了各种合成的双晶片弯曲执行器,如在双晶片执行器执行器的位移驱动能力。利用由压电陶瓷和电致伸缩陶瓷材料烧结而成的单晶体制作的弯曲执行器【?,虽然没有双晶片弯曲执行器的位移大,但其位移迟滞较低。?金属一陶瓷复合执行器下,压电陶瓷体通过??饔米菹蚺蛘停?ü齞?作用横向收缩,并转变为沿外套?????执行器结构示意图????????瓷片在高温下由石墨单面还原,在随后的冷却过程中,由于还原层与非还原层膨移量,且能承担中等水平的载荷【?俊F湓?蛭#孩僖騞?作用而引起横向变形,经拱形结构放大获得大的轴向位移;②内应力促进了结构中电畴的重新取向,其中拱形结构顶部的横向电畴转变为纵向电畴导致拱顶高度变化,从而引起轴向位移;③由于内部预有应力,它能承受比一般压电陶瓷更大的应力载荷,同时,其驱动位移也有一定的增加【?以?。三明治结构,将金属层、压电陶瓷层和粘合剂按一定规律叠加放置在高温炉,在第一章绪论驱动位移进行了放大。②由于内部预有应力,它能承受比一般压电陶瓷更大的应力载荷,同时,其驱动位移也有一定的增加【?Ⅲ】。③制造过程更加简单。但也有其缺点:①由于有粘结层的存在,会影响应力应变的存在,要尽量降