压电双晶片型二维惯性冲击式精密驱动器

研制了一种以自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片为驱动单元、具有移动和旋转二自由度的惯性冲击式精密驱动器。对压电双晶片的动态特性进行了有限元法分析和实验测试,提出了定频调压的控制方法,并对该精密驱动器进行了移动和旋转性能测试。测试结果表明:该驱动器具有结构简单、行程大、驱动力强、分辨率高等特点,而且其成本低于传统惯性冲击式驱动器的百分之一。     

压电双晶片型旋转精密驱动器动态特性和控制

提出了以自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片为驱动单元的新型冲击式旋转精密驱动器.制作了驱动器样机,建立了基于Lugre摩擦模型的驱动器动力学模型.对驱动器动态特性进行了仿真分析和实验对比研究.根据驱动器的动态特性,提出了冲击式压电双晶片型精密驱动器特定的定频调压控制方法.仿真分析结果和实验结果吻合较好,表明该动力学模型符合驱动器的动态特性,可用于对冲击式压电双晶片型旋转精密驱动器的理论分析.     

基于改变正压力的惯性压电移动机构

提出了通过控制移动机构与支撑面之间摩擦力的方法,形成新型惯性冲击式压电陶瓷驱动机构的研究方案。分析了驱动机构的工作原理,建立了惯性移动机构的动力学模型,利用MATLAB对机构进行了运动学仿真,得到了位移仿真曲线,设计、制作了可实现直线往复运动的惯性移动机构,并作了相关的性能测试。试验结果表明:新型惯性移动机构的原理方案是可行的,试验结果基本与仿真结果吻合,同时也表明该系统具有性能平稳、步距均匀、速度曲线线性度好等特点。     

压电叠堆式惯性移动机构的设计与试验

提出通过改变压电移动机构和接触面之间正压力的方法改变机构不同方向的摩擦力,使机构沿规定方向运动。介绍了压电叠堆式惯性移动机构的工作机理,设计并研制了试验装置,并进行了试验研究。结果表明,机构在方波这种对称波形信号的激励下能够实现可控的正向直线运动。     

新型惯性式压电旋转驱动器

提出通过机械方式控制压电移动驱动器和支撑面之间摩擦力的有序变化,形成有规律运动的新型惯性式压电旋转驱动器的研究方案。设计了旋转驱动器的结构模型,分析了驱动器的受力和运动原理,制作了旋转驱动器样机,并作了相关的性能测试,得到了旋转驱动器的旋转步长,转速随驱动电信号频率、幅值变化的关系曲线。试验结果表明,研制的旋转驱动器能实现大行程(360°)、高分辨率(15μrad)、高转速(0.26 rad/s),且运动性能稳定。该旋转驱动器在精密运动、微操作、光学工程、精密定位等精密工程中有广阔的应用前景。     

双压电晶片驱动喷嘴挡板式伺服阀

给出了双压电晶片驱动喷嘴挡板式伺服阀的基本结构,分析了双压电晶片的频率特性和静态位移特性,针对不同基板尺寸和晶片厚度进行了静态测试,在伺服阀实验台上进行了初步验证。试验结果表明:双压电晶片驱动喷嘴挡板式伺服阀具有结构简单、响应快、分辨率高、无电磁干扰、易于控制的优点,可以满足现代精密高速控制系统的需要。     

基于有限元的压电双晶片驱动模拟分析

在利用压电双晶片设计执行器时,需要考虑双晶片的驱动特性,分析自由端的挠度.利用有限元ANSYS软件和数学物理方法分析了压电双晶片在不同长厚比值K和不同电压载荷下的变形情况,以及自由端的挠度,并比较分析了两种方法的相对偏差和偏差存在的原因,结果显示最大相对偏差分别为2.4%和0.5%.通过比较分析,为利用有限元ANSYS软件精确分析双晶片类执行器提供了依据.     

压电双晶片致动器驱动电路研究

为了研究压电双晶片致动器性能,设计开发了其驱动电路.该电路采用高压运放式驱动方案,以美国APEX公司的PA85型运算放大器为核心构建.研究结果表明:前置放大器的引入有效地降低了电路的失调电压,两级放大环节构成的驱动电路能提供-190~+190V的驱动电压和200mA的驱动电流,最大电压频率响应能力可达3.5kHz;相位补偿、输入及限流保护、瞬态抑制等电路,提高了电路的稳定性和可靠性.     

双晶片两主动阀式压电泵的设计及试验

以双晶片压电振子为驱动元件,研制了两主动阀式压电泵。结合该泵的机械结构,详细分析了主动阀压电泵的作用机理。根据双晶片压电振子式主动阀压电泵对驱动信号的要求,搭建了两主动阀式压电泵的试验测试控制系统。最后对主动阀泵进行了性能测试和试验研究。结果表明,在电信号频率为40 Hz时,泵的正向最大输出流量为180 ml/min,反向最大输出流量为170 ml/min,正向最大输出压力为6 kPa。     

超磁致伸缩式无缆惯性冲击驱动器的研究（英文）

现有的惯性冲击式(IDM)驱动器几乎都以堆叠式或双晶片式压电材料为驱动元件。压电式IDM具有诸多优势的同时,也存在有缆驱动、移动速度小、负载能力弱的不足。针对这一问题,提出采用Terfenol-D复合悬臂梁为驱动源,构出一种新型的惯性冲击无缆驱动器,可克服供电电缆的自重和振动对驱动器的精度产生的影响,结合有限元分析软件COMSOL Multiphysics对驱动器进行磁场分析和磁机耦合分析,并通过样机制作与实验测试,得出了驱动器的工作频率在5~45 Hz,工作电流在0~5 A,驱动器的最小步距380 nm。实验结果表明该驱动器在低频条件下,可满足稳定输出较大位移并精确可控的要求,为实现无缆驱动提供了一种新手段。     

基于圆形压电振子的骨传导听觉装置

应用周边固支式圆形压电振子作为驱动元件,将音讯信号转换为振动信号,再利用骨传导方式使人感知音讯信号,在此基础上构建了圆形双晶片压电式骨传导听觉装置。对圆形压电振子进行了建模,利用有限元仿真分析,提出了压电振子支撑方式的优化方案。对设计的压电式骨传导听觉装置进行了实验测试,得到了骨传导装置结构参数对其性能影响的关系曲线。实验研究表明:压电式骨传导听觉装置的基本性能指标能够满足骨传导听觉装置的要求。     

平板形单振子多自由度压电马达

对提出的一种平板形单振子多自由度压电马达进行了理论设计和试验研究。利用梁函数组合法,计算了压电马达的工作模态频率,得出了布置于马达压电振子表面的各凸起之间间距的设计依据;提出凸起的尺寸应使其一阶弯曲振动频率与整个压电振子工作频率一致,给出了各凸起尺寸的选取原则。根据设计理论,制作了马达样机,对样机的运动能力进行了试验测试。结果表明:马达工作模态频率的理论计算结果接近于实测值;当驱动电压为90V、频率为45kHz时,马达绕矩形板压电振子长度方向轴向的转速为45.6r/min。     

压电发电装置的功率分析与试验

为提高压电发电装置(能量转换系统)的输出功率,建立了简谐激励条件下两种能量转换电路(交、直流输出)功率计算模型,并进行了模拟分析及试验验证。理论研究结果表明,在压电振子开路电压(结构尺寸及激励频率)一定时,存在不同的最佳负载使交、直流输出电路获得最大的输出功率,交流输出的最佳负载及最大功率分别是直流输出最佳负载及最大功率的2/π和π/2倍。试验用压电振子尺寸为58mm×30mm×0.7mm,激励频率为44.3Hz时的开路电压为14.8V。交、直流输出电路所对应的最佳理论/试验负载分别为72/71kΩ和113/110kΩ,最大理论/试验功率分别为0.76/87mW和0.49/4.7mW。     

电磁驱动主动阀压电泵的设计及其性能

提出并设计了一种新型的主动阀压电泵。与被动阀压电泵通过流体流动开启阀片方式不同,该泵通过电磁驱动方式控制压电泵的进出口阀的开启、关闭,从而降低了阀在开启、关闭时压电泵腔内流体的能量损失。同时可以根据压电泵工作性能的需要,通过调整控制信号的占空比和相位控制阀的开启、关闭时间,这不仅可实现单一机械结构下对液体泵送方向的主动控制,而且对于流体的流量也可进行控制,为提高压电泵的性能提供了一种新的手段。试验表明:该泵在30 Hz的条件下工作时,最大输出流量为160 mL/min。     

流量最佳频率为50 Hz的压电泵特性

设计了输出流量最佳频率为50 Hz的压电泵。测定了压电泵的进出口布置方式、进出水管管径、密封圈布置方式、腔体高度对压电泵流量最佳频率的影响规律。所设计的压电泵可直接利用日常照明电驱动,可通过电阻分压的方法实现压电泵的流量调节。试验结果表明:以水为工作介质,该压电泵在通用的50 Hz、220 V正弦交流电压驱动下工作性能稳定;流量可达到600 mL/min;省去了特制电源,从而大大降低了成本,具有较好的应用前景。     

基于柔性铰链放大的压电叠堆泵

基于压电和精密驱动技术,利用压电叠堆作为驱动器,结合柔性铰链位移放大机构设计了流体泵样机,进行了试验研究。分析了压电叠堆Tokin AE0505D16的滞环特性,从理论上研究了该压电叠堆的刚度特性和快速响应特性。设计制造了用于位移放大的柔性铰链放大机构,对柔性铰链放大机构扭转变形和转角刚度的影响因素进行了理论分析,确定了所设计的柔性铰链放大机构各结构参数;测试了柔性铰链放大机构在不同电源激励下的动态响应、幅频特性、迟滞特性、输出力与输出位移特性,得出了影响放大机构放大倍数和输出特性的因素。利用有限元分析软件对放大机构进行了分析,进一步验证了放大机构的可行性和安全性。通过改变试验参数(电压、频率),对压电叠堆泵样机进行了实验研究,分析了输入电压、输入频率对泵输出流量和输出压力的影响程度。     

压电式胎压报警器供电装置的发电特性

提出利用压电发电装置替代电池为胎压报警器提供实时电能。根据胎压报警器结构特点,提出将压电发电装置安装在车轮轮毂上,利用车轮转动中的振动来发电的方案。通过试验的方法研究了压电振子在轮毂上不同安装方式下的发电特性。试验结果表明,在既垂直于轮毂又垂直于车轮滚动方向的安装方式下,压电振子可以有效克服离心力的影响并吸收来自车轮所在平面多个方向的振动,压电发电装置发电效果较佳,适合为胎压报警器供电。利用4片45mm×15mm×0.2mm的悬臂梁型压电振子并联为胎压报警器供电,其产生的能量能够满足胎压报警器的工作要求。