螺旋电极压电扭转驱动器的设计与有限元分析

该文设计了一种新型叉指型电极（IDE）结构形式的螺旋电极压电扭转驱动器,推导并建立了螺旋电极平面有效电极区域内点的应变理论方程。利用ABAQUS对该理论方程进行验证,并着重研究了电压、径向尺寸、圆盘厚度对该压电驱动器应变的影响。结果表明,螺旋电极压电扭转驱动器能够产生较大的切向应变和径向应变输出;增大电压,减小压电圆盘径向尺寸和压电圆盘厚度,有利于提高驱动器的驱动性能;在螺旋角、压电圆盘径向尺寸和电压一定时,螺旋电极压电扭转驱动器的切向应变达到普通电极型的17.5倍,径向应变是普通电极型的16倍。     

局部环形电极压电驱动器正交异性分析

该文提出了一种平面内具有正交异性的局部环形电极压电驱动器,研究了该压电驱动器的分支电极中心距、分支电极宽度和电极区域角对压电驱动器正交异性的影响。研究结果表明,局部环形电极压电驱动器的方向性强,在平面内有明显的正交异性。减小分支电极中心距、增大分支电极宽度及电极区域角,有利于提高该压电驱动器有电极区域的驱动性能。当电极中心距为0. 8 mm,电极度为0.4 mm,元件厚为0.5 mm,加载电压为200 V时,局部环形电极压电驱动器的径向夹持应力横向效应系数能达45.60,径向自由应变横向效应系数能达1.82。局部环形电极压电驱动器有电极区域的径向夹持应力可达2.46 kPa,径向自由应变可达6.3×10~(-5)。因此,局部环形电极压电驱动器在指定方向上可实现高的力学性能。     

局部环状电极压电驱动器制备与夹持力测试

采用丝网电极印刷法制备了局部环状电极压电驱动器,并对其动力进行了测试研究。搭建了夹持力测试平台,对局部环状电极压电驱动器和传统压电驱动器的径向夹持力进行测试和分析。实验结果表明,分别在频率为0.2 Hz和峰值200 V的方波和正弦波激励下,局部环状电极压电驱动器带电极区的径向夹持力峰值分别为0.60 N和0.58 N,两种夹持力峰值响应分别是传统元件的2.72倍和2.76倍。无电极区的反向夹持力峰值为0.29 N和0.28 N,其略大于传统元件的夹持力峰值,实验结果同时验证了局部环状电极压电驱动器的正交异性。     

1例起搏器电极致心肌穿孔伴心肺复苏高龄患者的护理

为了获得高谐振频率、大扭转角的驱动元件,设计了一种新型的压电圆盘扭转致动器.以直径33 mm、厚0.2 mm的压电陶瓷圆盘作为基体,并在其一侧沉积上环形金属银膜,通过激光将金属膜刻蚀出21对螺旋形的叉指电极线,电极间距为0.97 mm,宽约为110 μm,样品在3 kV/mm电场下极化30 min.实验结果表明,样品的扭转谐振频率可达225.6 kHz,在驱动电压峰-峰为10 V的条件下,最大扭转角度可达0.018 4°.     

新型压电扭转驱动器的设计与试验研究

为实现压电扭转驱动器结构的简化,提高能量使用效率,设计了一种新型压电扭转驱动器.使用压电陶瓷双晶片在外加电场下的弯曲位移,通过简单的运动转换机构实现扭转位移的输出.采用激光反射测角法对驱动器输出的微小角度进行了测量,并与有限元仿真结果进行了比较.通过试验证明该方法制作压电扭转驱动器的可行性,并进行了误差分析,为进一步优化设计提供了理论依据.     

环形电极压电驱动器极化电压和力学性能分析

提出一种新型环形电极压电驱动器,运用ABAQUS软件对此驱动器进行电场和力学分析。着重研究环形电极分支中心距和电极宽度对极化电压和驱动性能的影响,并与普通形电极压电驱动器的极化电压和驱动性能对比。结果表明,环形电极压电驱动器的极化电压为普通形电极的1/2,环形电极结构降低压电驱动器对极化电压的要求;减小电极分支中心距、增大电极宽度,有利于降低环形电极压电驱动器的极化电压;当工作电压为90 V时,环形电极压电驱动器的径向夹持力达到普通形电极的5.2倍,径向自由位移达到普通形电极的2.6倍。     

金属-压电复合管驱动器静态驱动性能分析

提出了一种新型金属-压电复合管驱动器,以满足微振动主动控制及隔振系统对压电驱动器在位移量、驱动力等性能方面的需求。将管状压电驱动元件粘贴在金属管上,当压电管受外加激励电压作用时,便会在轴向产生伸缩应变,从而使金属管在轴向产生一定的位移量和驱动力。首先对该压电驱动器的静态驱动性能进行理论分析,结果表明,该新型压电驱动器具有中等位移量和驱动力;同时用有限元法对其进行了验证,对于某金属-压电复合管驱动器,通过理论计算和有限元法得到的应变量分别为0.912×10-5、0.925×10-5,从而证明了该理论分析的有效性和正确性;最后设计并制作了一款铜-压电复合管驱动器。     

一种新型电液伺服阀

研制了一种新型的直动式电液伺服阀．伺服阀的驱动器由压电元件实现。该伺服阀采用电反馈原理．利用位移传感器将位置信号反馈给伺服放大器．与伺服阀的压电驱动器形成一个闭环位置系统．提高了伺服阀的动静态性能。该文对伺服阀样机的静态特性进行了测试，分析了特性曲线上所表征的性能指标及其影响因素；依据实验曲线获得静态特性参数，与北京机床研究所生产的QDY-D40型电磁驱动直动式电液伺服阀进行比较．指出了该阀的优点和不足，并提出改进方法。     

大位移交叉环形电极压电驱动器结构优化

设计一种交叉环形电极与压电圆盘驱动器相结合的交叉环形电极（CREs）压电圆盘驱动器,利用分析软件ABAQUS进行静力学分析,着重研究CREs型压电圆盘驱动器电极结构几何尺寸以及驱动器厚度对驱动器径向驱动性能的影响。研究结果表明,减小电极中心距与驱动器厚度,有利于提高驱动器的驱动性能;加载相同电压,CREs型压电圆盘驱动器的径向夹持应力能达到普通型的2.1倍,径向自由应变能达到普通型的3.4倍。CREs型压电圆盘驱动器性能研究为CREs型压电圆盘驱动器的设计制造提供了一定的理论依据。     

压电谐波电机承载能力的研究

以保证柔轮与刚轮的正常啮合为条件,引入计算径向变形量系数,设计径向变形量系数以及允许位移损失系数,通过确定位移放大机构输出端允许位移损失量或柔轮的实际径向变形量,计算压电谐波电机承载能力。建立了压电谐波电机承载能力的设计准则,是包括压电驱动器驱动能力选择以及其他结构尺寸设计与校核的主要依据。其输出扭矩与压电驱动器与位移放大机构的刚度成正比,与柔轮变形力、轮齿啮合角以及摩擦系数成反比。克服了基于压电驱动器最大驱动能力建立压电谐波电机输出扭矩方法的缺陷。该模型也可用于采用超磁致伸缩等其他驱动器的谐波电机承载能力的计算。设计计算表明,相对于一般原动机,压电谐波电机能提供较大的输出扭矩。     

双压电膜驱动器的有限元分析与实验研究

双压电膜是由压电材料层、环氧树脂层、金属层组成的复合板，将双压电膜组合在一起构成管内移动微小机器人的驱动器。该文以压电本构方程为基础，建立双压电膜驱动器的机电耦合的有限元模型，采用有限元分析软件对双压电膜驱动器进行静态和模态分析，同时对驱动器静态位移与固有频率进行测试。将有限元分析与实验测试结果进行对比分析，两者的结果一致。     

用于微振动主动控制大位移压电堆驱动器设计

首先对压电堆驱动器的静态驱动特性进行了系统的理论分析,为压电堆驱动器的结构设计奠定理论基础。在此基础上,对压电堆驱动器的动态驱动特性及其结构模态等的测试方法进行了研究,从而为压电堆驱动器有效的应用于各类微振动主动控制系统奠定基础。最后设计并制作了一台大位移压电堆驱动器,对其各项性能进行了理论计算和实验测试,结果达到了预期设计要求,并成功应用于某微振动主动控制系统中,取得了良好的主动振动控制效果。     

叉指形电极管状压电元件电极制备与极化研究

该文制备了PZT-52压电陶瓷柱,采用丝网印刷法在压电陶瓷基体表面附着电极,研究了管状陶瓷表面电极的印刷工艺流程。利用油浴热极化法对元件进行极化实验,通过对元件自由位移的检测,研究了极化时间对压电驱动器位移的影响,分析了极化时间对电畴转向和银电极成型质量的影响原理。结果表明,随着极化时间的增加轴向驱动位移逐渐增强,在极化电压为500 V,极化温度为110℃,极化时间为60 min时,叉指形电极管状压电元件最大轴向位移为0.30μm。     

智能结构微位移测试及数值分析

对在压电陶瓷驱动下复合材料悬臂梁的静态变形及控制进行了试验研究.首先测试了复合材料基体和压电陶瓷片的材料常数;然后通过实验求得上下表面对称粘贴有分布式压电驱动器的复合材料悬臂梁静态位移与驱动电压间的非线性关系,所得结果与开发的4节点有限元计算结果相吻合.结果表明,利用压电陶瓷驱动器可对结构的微位移进行驱动,从而实现结构的精确定位.     

基于Si弹性层优化的悬臂梁式微压电驱动器

基于压电材料的逆压电效应,设计并制备了悬臂梁式微压电驱动器,通过电能到机械能的转换,完成装置的位移输出任务.基于悬臂梁式微压电驱动器的设计和仿真,得出该微驱动器Si弹性层的最佳厚度为0.12 mm,仿真结果显示压电层与弹性层厚度比为2～3时,尖端位移输出较大,并模拟了其电压-位移输出情况.采用共晶键合的工艺制备了以PZ...     

环形叉指电极型压电鼓膜驱动器的制备及其性能测试

制备了一种基于Pb(Zr52)O₃(P ZT52)材料的自适应光学用压电驱动器。驱动器采用鼓膜结构, 其工作区域由主动层—PZT52压电层和被动层—ZrO₂/Si复合层两部 分构成。PZT52压电层 采用环形叉值电极(IDT)驱动。采用Si(100)单晶作为衬底,并采用 溶胶-凝胶(Sol-gel) 法在其上制备ZrO₂阻挡层和PZT52压电层,其中引入PbTiO₃(PT) 种子层有利 于PZT52膜层的(110)择优取向。随后在其上热 蒸镀Al顶电极,并采用光刻方法制备图形,得到的IDT电极最大环形直径为 10.5mm,电极间距为0.05mm,中心非激活区 域直径为2mm。鼓膜结构则通过对Si衬底背部 进行各向异性湿法刻蚀(ODE)得到,保留的支持层厚度为5～10μm, 直径为 12mm。测试结果表明,压电驱动器阵列单元在100kV/cm驱动下,可产生6.5μm左右的形 变量。最后利用有限元分析方法(FEM)拟合了压电驱动器单元的面型,并分析了其形变模式 产生的内部原因。     

辐射电场型压电薄膜实验研究

介绍一种新型的辐射式场压电薄膜(RFD).该薄膜在柔性薄膜(Kapton)上印制螺旋电极并对称粘结在PZT压电陶瓷薄片两侧,加载电压后,螺旋电极产生辐射式电场,驱动PZT压电陶瓷片产生径向变形.通过对RFD压电薄膜性能实验的研究,结果表明驱动电压和频率是影响膜片变形的主要参数;在 400 V、5 Hz的正弦波驱动下,RFD压电薄膜可获得最大位移.该文制作的压电膜片具有变形稳定,性能稳定可靠和易控制等优点.     

压电惯性驱动器理论分析与应用测试

为了探究压电驱动器的输出性能及提高压电驱动机构的性能,该文对“十”字型压电惯性驱动器进行了理论分析与应用测试。首先说明了驱动器结构组成与驱动机理;然后利用弹性力学理论对驱动器进行了理论分析,得出驱动器弹性振动位移表达式,给出了影响驱动器性能的影响因素;最后对驱动器进行实验应用测试,将其用于驱动盲文柔性点显装置。结果表明,该驱动器能较好地实现系统驱动,放大柔性薄膜凸点的位移输出,柔性薄膜触点凸出明显,性能良好。验证了用这种压电惯性驱动器实现系统驱动是可行且有效的。     

压电双晶片阵列式直线驱动器的设计与研究

基于压电双晶片提出一种新型准静态直线压电驱动器,可通过阵列的方式获得所需机械输出力,结构简单,性能稳定,可控性强。利用有限元软件对驱动器结构进行设计与分析,并加工制造了该驱动器的物理样机。最后通过实验发现,当驱动频率为500~2 100Hz时,驱动器可直接输出直线运动。当驱动频率为1 100Hz,驱动电压峰-峰值为200V,预紧力为1.5N时,该驱动器最大输出速度可达95mm/s,最大输出力为0.7N。     

一体双驱对称式压电悬臂梁微驱动器

设计了一种一体化加工的双驱对称式压电悬臂梁微驱动器。对压电驱动器工作原理、压电驱动器在准静态工况与共振工况下的输出特性进行了理论分析,确定压电驱动器几何尺寸。介绍了压电驱动器的多层复合结构与一体双驱的实现方式。制作了压电驱动器样机,并通过有限元仿真分析与测试实验相结合的方式得到压电驱动器的阻抗特性与输出特性曲线。将压电驱动器运用在轮式机器人,验证了设计的可行性。