新型壓電尺蠖精密驅動器柔性機構分析與實驗研究.pdf

1、壓電尺蠖精密驅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動器。針對壓電尺蠖驅動器存在的主要問題，本文重點針對尺蠖驅動器關鍵元件柔性鉸鏈機構進行了系統(tǒng)而深入的研究，提出了一種新型行走型尺蠖驅動器。本文主要研究內容包括以下幾個方面：
　　對各類尺蠖驅動器的工作原理、運動方式等進行了系統(tǒng)地分析和研究，針對傳統(tǒng)行走型尺蠖驅動器加工要求高、調整配合困難的缺點，提出了利用兩根平行軸作為導向機構的新型行走型尺蠖驅動器。該構型的特

2、點便于采用調整機構對壓電疊堆預緊及箝位摩擦面間隙進行調整，降低了加工要求，提高了系統(tǒng)可靠性。對該尺蠖驅動器的結構原理方案進行了詳細的分析，同時對驅動器的導向軸、銅套和預緊機構進行了具體設計與分析，本文還分析了壓電疊堆與柔性機構的耦合特性。
　　對尺蠖驅動器的關鍵元件柔性鉸鏈機構進行分析研究，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鏈旋轉剛度模型。提出利用橋式柔性機構作為尺蠖驅動器中間驅動機構與箝位機構的耦合柔性機

3、構，對橋式耦合柔性機構進行了相應的理論分析，研究了柔性鉸鏈寄生剛度及旋轉剛度精度對該類柔性機構靜力學模型的影響，并建立了高精度的剛度和應力模型，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，方便地分析了柔性鉸鏈寄生剛度對平面柔性鉸鏈機構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精確的剛度模型，對其尺寸參數(shù)進

4、行了設計分析，并使用有限元分析方法進行了驗證計算。
　　針對尺蠖驅動器柔性機構三維有限元模型建模復雜、計算效率低的問題，對等效梁模型進行了分析比較研究，對其建模的基礎柔性鉸鏈的三維有限元模型與實驗結果進行對比分析，并對其承受剪切力的情況進行了對比分析，結果表明該模型具有較好的精度。以橋式柔性機構為例，對橢圓柔性鉸鏈等效梁模型進行了分析比較，結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進行優(yōu)化仿真分析，結果表明

5、該模型具有精度好、效率高的特點，適用于尺蠖驅動器柔性機構的參數(shù)優(yōu)化設計。
　　為了驗證上述模型，研制了尺蠖驅動器專用的驅動控制器，構建了尺蠖驅動器的實驗測試系統(tǒng)，對尺蠖驅動器樣機進行了實驗研究，測試并分析了尺蠖驅動器的各項性能參數(shù)。實驗證明，該尺蠖驅動器的結構方案是可行的，達到了預期的設計目標，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動器克服了傳統(tǒng)行走型尺蠖驅動器的不足，在確