基于非对称音叉结构的谐振冲击式压电直线马达研究

摘要

传统的冲击式压电马达通常由准静态频率下的锯齿波电压驱动,导致运动速度和输出力相对谐振式马达较低。谐振冲击式压电马达利用多个模态的固有振动合成谐振状态下的近似锯齿波振动,弥补了传统冲击式压电马达的不足,大幅提升压电马达的功率输出能力。本文提出一种基于非对称音叉结构的谐振冲击式压电直线马达,属于惯性驱动机构,采用非对称压电悬臂梁的音叉结构,通过调整组件尺寸参数调整惯性动子弯曲模态的谐振频率比值,从而合成近似锯齿波振动。本论文主要工作和创新点包括:1.提出基于惯性驱动的谐振冲击式压电直线马达的基本构造,建立惯性动子的理论模型并分析固有振动特性,探索谐振频率的匹配方法并分析谐振特性与惯性质量的关系。2.设计谐振冲击式压电直线马达结构并建立惯性动子的有限元结构仿真模型,仿真分析通过改变磁铁簧片质量实现频率匹配的方法并确定满足1:2频率比的惯性动子结构参量。3.建立谐振冲击式压电直线马达的动力学方程,设计MATLAB/Simulink仿真模型并确定动力学模型参量,仿真分析惯性动子振动特性以及马达在准静态和谐振下的冲击驱动特性。4.制作马达样机并搭建实验平台,测试单个簧片以及惯性动子的振动特性,对比样机在谐振与准静态冲击驱动下的运动特性。实验结果表明谐振冲击下的马达运动速度大大提高。本论文研究丰富了谐振冲击式压电马达的结构形式,并进一步扩展了压电马达的理论、仿真和实验分析方法。

关键词