惯性冲击式直线电机的设计及其应用-机械设计及理论专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 摘 要 随着科学技术的不断进步和发展，许多领域都对精密驱动和定位提出了更高的要求，不 仅要有较高的分辨率，而且要有足够的输出力和较大的输出刚度，传统形式的驱动器已经不 能满足这些要求。基于压电材料制成的压电驱动器具有惯性小、响应快、分辨率高等优点， 可以满足驱动元器件小型化、微型化的要求。本课题创新性地利用压电材料作为驱动元件， 设计了 2 套用于显微镜物镜精密调焦的压电驱动器。第一套装置利用旋转型超声电机作为动 力源，驱动物镜完成精密定位的功能，实现显微镜精密调焦的目的；第二套装置利用压电叠 堆作为驱动源，驱动显微镜物镜完成精密定位的功能。分别加工制造了样机并开展了相关的 实验研究。本文主要内容如下： 1. 介绍了压电驱动器的概念，综述了压电驱动器的分类和应用场合，对行波型旋转超声 电机和惯性冲击式电机的特点和应用研究做了概述。 2. 介绍了压电材料的性质和参数，论述了压电叠堆的结构、基本特性和使用注意事项。 3. 提出了以 TRUM-30 型旋转超声电机为驱动源的精密调焦装置设计方案。分别设计了 各组成机构的结构和尺寸，根据预定设计要求对柔性机构进行了有限元分析。加工制造了样 机并进行了实验，针对调焦装置的关键性能指标，如位移分辨率、工作性能开展了实验研究。 实验结果表明：该精密调焦装置工作性能稳定，能够实现显微镜物镜的双向位移调节，其最 小位移分辨率可以达到 15μm。 4. 基于惯性冲击理论，提出了以压电叠堆为驱动源的惯性冲击式直线电机的设计方案。 选定了压电叠堆的类型和型号，分别对电机的各组成机构进行了设计。加工制造了样机并进 行了实验，针对电机的关键性能指标，如位移分辨率、性能稳定性开展了实验研究。实验结 果表明：该惯性冲击式电机工作性能平稳，步距均匀，可以实现显微镜物镜的双向位移调节， 其位移分辨率最小可以达到 2μm 的精度。 关键词：压电驱动器，超声电机，惯性冲击式电机，精密调焦，位移分辨率 本文工作得到了国家自然科学基金（资助号：No.的资助。 本文工作在南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室完成。 I 惯性冲击式直线电机的设计及其应用 ABSTRACT With the progress and development of science and technology, many fields demand higher requirements of precision driving and positioning, not only higher resolution, and also enough output force and larger output stiffness, traditional drives can’t meet these requirements. Piezoelectric actuator basing on piezoelectric materials has the advantages of inertia sm all, fast response and high resolution, can meet the requirements of miniaturization and micromation of drive components. This topic use the piezoelectric materials as a driving element, design 2 sets of piezoelectric actuator for the use of precision focusing for microscope objective lens. The first device use rotary ultrasonic motor as the power source, driving the objective to complete the function of precision positioning, so it can realize the purpos