压电双晶片型微位移放大机构研究

论文摘要

随着科学技术的发展,精密和超精密驱动机构在精密制造、超精密加工、生物工程、医疗机械和芯片制造等领域应用越来越广泛,新型的驱动方式正逐步成为研究的主流。由于压电驱动器具有反应速度快、定位精度高、不受电磁干扰等优点,因而成为近年来构造精密驱动装置的重要方式。本文主要研究以压电双晶片作为驱动元件,由三角放大机理构造的柔性铰链机构作为位移输出的微位移放大机构。首先介绍了精密驱动机构的应用、分类以及实现方式;并对压电驱动的基本理论和微位移放大机构的设计基础做了论述,阐述了压电陶瓷驱动器的工作原理、柔性铰链的理论知识等。然后对微位移放大机构进行设计。通过理论计算、建模以及有限元软件分析对微位移放大机构进行设计,得出了机构的位移输入和输出之间的关系,进行了机构的许用应力校核,并对铰链的参数进行了优化设计。最后根据优化设计的方案制作了微位移放大机构的样机,并进行了实验测试。对得到的测试数据进行分析,得出了结论:微位移放大机构的行程为0-77.8μm,放大倍数约为6.2倍。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 精密机构应用领域
• 1.2.1 微机电系统、超精密加工
• 1.2.2 生物工程
• 1.2.3 扫描探针显微镜（SPM）
• 1.2.4 医疗科学
• 1.2.5 微机械零件的操作和装配
• 1.2.6 集成电路制造
• 1.2.7 光纤对接方面
• 1.3 精密驱动机构类型与对比
• 1.4 压电精密驱动实现方式
• 1.4.1 直动式驱动器
• 1.4.2 步进式（蠕动式）驱动器
• 1.4.3 惯性冲击式驱动器
• 1.5 本文工作
• 2 压电驱动理论
• 2.1 压电效应与压电方程
• 2.1.1 压电效应与压电逆效应
• 2.1.2 压电方程
• 2.2 压电元件
• 2.2.1 压电叠堆
• 2.2.2 压电双晶片
• 2.3 本章小结
• 3 微位移放大机构设计与分析
• 3.1 微位移放大机构设计原理
• 3.1.1 柔性铰链的理论及分析
• 3.1.2 放大原理
• 3.2 放大机构设计
• 3.2.1 驱动的选择以及设计
• 3.2.2 微位移放大机构设计
• 3.3 微位移放大机构的ANSYS 分析
• 3.3.1 微位移放大机构ANSYS 分析过程
• 3.3.2 微位移放大机构的优化设计
• 3.3.3 最大应力分析
• 3.4 本章小节
• 4 微位移放大机构制作与实验
• 4.1 微位移放大机构加工制作
• 4.1.1 压电双晶片制作
• 4.1.2 微位移放大机构制作
• 4.2 微位移放大机构整体实验测试
• 4.2.1 实验测试系统构建
• 4.2.2 压电双晶片性能测试
• 4.2.3 微位移放大机构性能测试
• 4.3 实验结果与分析
• 4.4 本章小节
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简历
• 学位论文数据集