吉林大学学报(工学版) ›› 2021, Vol. 51 ›› Issue (2): 468-471.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191189

• 车辆工程·机械工程 • 上一篇    

双压电振子反相模态驱动的直线驱动器机理

李晓韬1(),任金鹏1,李晓旭2(),杨航1   

  1. 1.吉林大学 机械与航空航天工程学院，长春 130022
    2.长春大学 机械与车辆工程学院，长春 130022
  • 收稿日期:2019-12-26 出版日期:2021-03-01 发布日期:2021-02-09
  • 通讯作者: 李晓旭 E-mail:lixiaotao@jlu.edu.cn;lixiaoxu.fuyu@163.com
  • 作者简介:李晓韬（1980-），女，副教授，博士.研究方向：压电精密驱动,微小型机电液一体化.E-mail:lixiaotao@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金青年科学基金项目(52005214);吉林省科技发展计划项目(20130522154JH);“长大学者攀登计划”项目(2020JBD01L09)

Mechanism of a linear actuator driven by dual piezoelectric oscillators in inverse mode

Xiao-tao LI1(),Jin-peng REN1,Xiao-xu LI2(),Hang YANG1   

  1. 1.College of Mechanical and Aerospace Engineering，Jilin University，Changchun 130022，China
    2.School of Mechanical and Vehicle Engineering，ChangChun University，Changchun 130022，China
  • Received:2019-12-26 Online:2021-03-01 Published:2021-02-09
  • Contact: Xiao-xu LI E-mail:lixiaotao@jlu.edu.cn;lixiaoxu.fuyu@163.com

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摘要：

为提高压电驱动器的定位能力，提出了一种双压电振子反相模态驱动的直线驱动器，以两组反相模态振动的独立控制的压电振子作为主压电振子和辅压电振子，分别产生机构运动的拉力和推力使驱动器在倾斜平面上直线运动。理论分析了双压电振子反相模态驱动的驱动器双向运动条件，设计研制了驱动器样机并进行了性能测试。结果表明：该驱动器能在10°倾斜角内实现定向稳定运动，机构的最小步距为5 μm，最大平均速度为22 mm/s。

关键词: 机械设计, 压电直线驱动器, 驱动机理, 动力学特性

Abstract:

A linear actuator driven by dual piezoelectric oscillators in inverse mode is proposed in order to improve the positioning ability. Two groups of independent controlled piezoelectric oscillators in inverse mode are used as the main and auxiliary piezoelectric oscillators. The oscillators generate the pulling force and thrust force， under which the actuator moves stably in the inclined plane. The bi-directional motion condition of the actuator is obtained. The prototype of the actuator was designed and developed， and the performance test was carried out. The linear actuator driven by dual piezoelectric oscillators in inverse mode outputs large speed and power， and realizes directional and stable motion in a inclined plane with an angle of 10°. The minimum step distance of the actuator is 5 μm， the maximum average speed is 22 mm/s.

Key words: mechanical design, piezoelectric linear actuator, driving mechanism, dynamic characteristics

中图分类号: 

  • TN384

图1

双压电振子反相模态驱动的直线驱动器1-梯形质量块；2-压电振子；3-惯性质量块；4-连接螺栓"

图2

驱动器运动受力分析图"

图3

驱动器样机及直线导轨1-导线支撑架；2-基座；3-滑轮；4-直线导轨"

表1

驱动器样机部件尺寸及材料"

部件长L/mm宽W/mm高T/mm材料
梯形块-19-铝
基板80300.4铍青铜
陶瓷层60300.2P-51
惯性质量块1086黄铜

图4

实验测试系统组成"

图5

驱动器样机步距与辅压电振子激励电压关系"

图6

压电驱动器直线运动速度与主压电振子激励电压关系"

1 Hitoshi M, Komoriya K. Development of a Micro transfer arm for a microfactory[C]∥IEEE International Conference on Robotics and Automation, Korea, 2001: 235-238.
2 Martel S, Sherwood M, Helm C, et al. Tree legged wirless miniature robots for mass-scale operation at the sub-atomatic scale[C]∥IEEE International Conference on Robots & Automation, Korea, 2001: 3423-3428.
3 王锐, 田晓超, 杨志刚, 等. 压电低频旋转驱动器的设计与实验[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2020, 50(4): 1283-1287.
Wang Rui, Tian Xiao-chao, Yang Zhi-gang,et al. Design and experimental of piezoelectric low-frequency driven rotary actuator[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition),2020, 50(4): 1283-1287.
4 Ji R N, Jin J M, Wang L, et al. A novel ultrasonic surface machining tool utilizing elastic traveling waves[J]. Ultrasonics, 2017, 80: 78-86.
5 刘建芳, 王记波, 刘国君, 等. 基于PMMA内嵌三维流道的压电驱动微混合器[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2018, 48(5): 1500-1507.
Liu Jian-fang, Wang Ji-bo, Liu Guo-jun, et al. PMMA micromixer embedded with 3D channel based on piezoelectric actuation[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2018, 45(5): 1500-1507.
6 张敏, 李松晶, 蔡申. 基于无阀压电微泵控制的微流控液体变色眼镜[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2017, 47(2): 498-503.
Zhang Min, Li Song-jing, Cai Shen. Microfluidic liquid color-changing glasses controlled by valveless piezoelectric micro-pump[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2017, 47(2): 498-503.
7 Molinari G, Quack M, Arrieta A F, et al. Design, realization and structural testing of a compliant adaptable wing[J]. Smart Materials and Structures, 2015, 24(10): 240-255.
8 Peng Y, Cao J, Liu L, et al. A piezo-driven flapping wing mechanism for micro air vehicles[J]. Microsystem Technologies, 2017, 23(4): 967-973.
9 Lim K J, Lee J B, Park S H, et al. Fabrication and characteristics of impact type ultrasonic motor[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2007, 27(13-15): 4159-4162.
10 Sato S, Gao W, Kiyono S. Development of a rotary-linear actuator[C]∥Proceedings of JSPE Semestrial Meeting, Tokyo, 2005: 471-472.
[1] 侯才生,刘涛,郭李先. 一种新型变壁厚涡旋型线的构建理论[J]. 吉林大学学报(工学版), 2020, 50(5): 1627-1634.
[2] 程功,肖科,王家序,蒲伟,韩彦峰. 混合润滑状态下齿轮接触刚度[J]. 吉林大学学报(工学版), 2020, 50(2): 494-503.
[3] 毛艳,成凯. 基于Hopfield神经网络的单缸插销式伸缩臂伸缩路径优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2020, 50(1): 53-65.
[4] 郭震,于红英,滑忠鑫,赵娣. 刚性折纸机构运动分析及折叠过程仿真[J]. 吉林大学学报(工学版), 2020, 50(1): 66-76.
[5] 贾富淳,孟宪皆,雷雨龙. 基于多目标遗传算法的二自由度动力吸振器优化设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(6): 1969-1976.
[6] 谢志江,王昆,皮阳军,吴小勇,郭映位. 新的6⁃PSS型并联机构正向运动学求解方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(6): 1977-1985.
[7] 曹恩国,刘坤,吉硕,孙震源,徐洪伟,骆星吉. 减重站起康复训练系统机械结构设计与优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(5): 1558-1566.
[8] 李俊烨,刘洋,卢慧,孟文卿,杨兆军,张心明. 基于分子动力学的磨粒微切削单晶铁数值分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(5): 1567-1574.
[9] 张艳芹,冯雅楠,孔鹏睿,于晓东,孔祥滨. 基于热油携带的静压支承油膜温度场及试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(4): 1203-1211.
[10] 杨成,赵永胜,刘志峰,蔡力钢. 基于多尺度理论的栓接结合部动力学建模[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(4): 1212-1220.
[11] 王兴野,张进秋,李国强,彭志召. 惯性质量对齿轮齿条式作动器阻尼特性的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(3): 881-887.
[12] 王家序,倪小康,韩彦峰,向果,肖科. 轴向往复运动下微槽轴承混合润滑数值模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(3): 888-896.
[13] 刘坤,吉硕,孙震源,徐洪伟,刘勇,赵静霞. 多功能坐站辅助型如厕轮椅机械结构设计与优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(3): 872-880.
[14] 毕秋实,王国强,黄婷婷,毛瑞,鲁艳鹏. 基于DEM-FEM耦合的双齿辊破碎机辊齿强度分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1770-1776.
[15] 朱伟,王传伟,顾开荣,沈惠平,许可,汪源. 一种新型张拉整体并联机构刚度及动力学分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1777-1786.
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