尺蠖式压电线性作动器设计及实验研究

• Published in: 振动、测试与诊断 Vol. 43; no. 3; pp. 435 - 441
• Main Authors: 柏德恩, 邓少龙, 李云涛, 沈刚, 朱真才
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学机电工程学院 徐州, 221116%上海航天控制技术研究所 上海, 201109 01.06.2023
• Subjects: 尺蠖式; 压电作动器; 位移放大; 压电陶瓷叠堆; 断电自锁
• ISSN: 1004-6801
• DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.003

TH122; 针对空间环境下小型抓取操作机构对新型作动器的使用需求,考虑压电作动器具有耐温范围宽、无电磁干扰及断电自锁等特点,仿照昆虫尺蠖的行走方式设计一种新型压电线性作动器.首先,利用柔性铰链式位移放大机构放大压电陶瓷(Pb-Zr-Ti,简称PZT)叠堆的输出位移,以增大线性作动器的移动步长及对导轨的夹紧变形量,将多个压电陶瓷叠堆器件分为3组,分别作为尺蠖式压电线性作动器的2个夹持单元和1个推进单元的激励源,以获得较大的驱动力并进一步增大作动器的移动步长;其次,借助有限元仿真分析软件,研究压电陶瓷叠堆力电耦合行为的预测方法,并实验验证该方法的可行性;然后,简化柔性铰链式位移放大机构,提出放大倍数的数值分析方法,对位移放大机构在压电陶瓷叠堆作动方向上的刚度进行仿真分析,并验证放大倍数的数值分析方法的准确性;最后,基于设计的线性作动器开展实验研究.结果表明:位移放大机构对压电陶瓷叠堆输出位移的放大倍数为7.3,处于理论值与仿真值之间;在激励电压频率为5 Hz时,作动器的最大空载移动速度为413 μm/s;作动器的最大推动力为16 N,对应的驱动速度为19 μm/s.以上研究结果能为小型抓取操作机构的智能驱动提供技术支持.