【摘 要】
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压电作动器具有结构紧凑、响应快、能量密度大、免润滑等优点,被广泛用于航天、精仪、医疗等领域,迄今已有上百种结构问世。本文针对其中螺纹杆式压电作动器轴向力较小(一般
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压电作动器具有结构紧凑、响应快、能量密度大、免润滑等优点,被广泛用于航天、精仪、医疗等领域,迄今已有上百种结构问世。本文针对其中螺纹杆式压电作动器轴向力较小(一般≤5N)的问题,提出一种利用指数型变幅杆放大振动位移的螺旋驱动直线压电作动器,并探讨了其用于微滑台驱动的可行性。首先,设计了带有变幅杆的三段式定子结构,并利用ANSYS对定子结构进行了仿真设计,包括变幅杆长度及小端半径与模态频率和等效比例振幅的关系,定子整体的材料及结构参数与振幅和谐振频率的关系等,进而优化定子结构,确定作动器尺寸。通过模态分析和谐响应分析,提取最佳激振频率理论值为15.3KHz左右。然后,根据优化结果制作了指数型变幅杆作动器样机,同时设计了专用驱动控制单元。电路设计基于FPGA,可对作动器进行调频、调相和调压测试。实验表明,作动器在驱动电压200V、频率15.6KHz、两相信号相差90°时,最大直线速度为3.392mm/s,最大输出力为11.02N。与现有文献中的螺纹杆式作动器相比,轴向力指标有明显提高。最后,利用该作动器试制了一种微滑台,对其静动态特性进行了有限元分析,并对滑台可承受的切削抗力情况进行了实测。结果表明,滑台最大空载速度约为2.02mm/s,可承受的各向最大抗力为:Fx=4.2N、Fy=2.8N、Fz=0.7N。
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