基于三角放大箝位的壓電蠕動直線驅動器研究.pdf

1、蠕動式壓電驅動器具有驅動力大、速度低和定位精度較高的特點，被廣泛應用于微驅動平臺和掃描電鏡等設備中。隨著航天工程的快速發(fā)展，一些特殊功用的航天飛行器需要低速直線、無電磁干擾的驅動裝置。因此，蠕動式壓電驅動器滿足上述工作環(huán)境的要求。目前，蠕動式壓電驅動器多為通電箝位型，負載定位需保持通電狀態(tài)，而且現(xiàn)有的驅動電源體積和重量較大，使其在航天飛行器上的應用受到限制。為減小驅動器重量和功耗，研制蠕動式斷電箝位直線壓電驅動器及其專用驅動電源對航天飛

2、行器中長期工作的設備具有重要的理論和實際意義。
　　本文基于蠕動式驅動原理，提出了一款蠕動式斷電箝位直線壓電驅動器及其設計原則，闡述了其工作原理，研制出驅動器結構，該驅動器主要由驅動箝位體、保持箝位體、驅動體和導軌等組成，其特征在于箝位體采用三角放大機構，增加了箝位壓電疊堆的輸出位移，提高了對導軌的松開程度。基于能量法建立了驅動體和箝位體的固有頻率模型。提出了壓電疊堆主動彈簧模型，建立了驅動體和箝位體與壓電疊堆的動力耦合關系，揭示

3、了蠕動式壓電驅動器的驅動體和箝位體斷電過程的響應速度低于驅動過程的響應速度。
　　分別利用解析法和有限元計算了不同結構參數(shù)下驅動體和箝位體的等效拉伸剛度和固有頻率，得出其變化規(guī)律，計算結果驗證了驅動器數(shù)學模型的可行性，得到了其適用范圍，并分析了數(shù)學模型和實體建模仿真存在差異的原因?；隍寗悠髟O計原則制定了驅動器設計流程，并利用數(shù)學模型設計出原理樣機的合理結構參數(shù)。利用有限元仿真分析，得到了在預緊力作用下箝位體的壓縮變形量，研究了箝

4、位體剛度平衡對箝位體輸出位移的影響，提出了剛度平衡的結構方案，計算了平衡剛度值，制作驅動器原理樣機。
　　根據(jù)驅動器的工作原理和控制策略，研制了蠕動式壓電驅動器專用驅動電源，該電源主要由直流調壓電路、信號發(fā)生電路和斬波電路組成。直流調壓電路基于反激逆變電路實現(xiàn)了低壓直流至高壓直流的連續(xù)調節(jié)。信號發(fā)生電路利用單片機作為信號發(fā)生器，驅動半橋斬波電路對反激變換調壓電路輸出的直流電壓斬波。該驅動電源采用開關逆變集中變壓，每路信號單獨斬波的

5、控制方式，無需工頻變壓器，使電路簡化，具有體積小、質量輕和效率高的優(yōu)點。
　　搭建了驅動器性能測試系統(tǒng)，實驗研究了在箝位體剛度非平衡條件下和平衡條件下驅動器的性能，包括箝位力、空載特性和負載特性等，得出了預緊力對箝位力和驅動器性能的影響規(guī)律。在箝位體剛度不平衡時，其兩端預緊結構的偏轉位移較大，水平位移較小，箝位頭對導軌松開程度較低，驅動箝位體和保持箝位體間的剩余箝位力存在干涉效應，使驅動器性能降低；當剛度平衡時，箝位體兩端的水平位