非接触式直线型超声压电作动器的研究

【摘要】： 本课题来源于国家自然科学基金项目(10604032、50735002)和航空科学基金项目(2007ZE52053)。 与传统的接触式超声压电作动器驱动方式不同,基于近场声悬浮的直线型作动器是一种采固体——流体——固体方式传动的新型驱动装置,它在航空航天领域、材料科学、高纯度物质生产线以及微机械装配操作等领域都有很大的应用潜力。针对目前非接触式直线传输在现代高科技生产线上的极高应用价值,本文对非接触式直线型超声压电作动器进行设计与分析,开展的研究工作和内容如下: 1.研究了直板中行波形成方法,深入探讨了激振——吸振方式形成行波的可行性,并对作动器的激振点和吸振点进行了理论定位。 2.选择了PZT8作为兰杰文振子的核心压电元件,通过分析不同类型变幅杆的振幅放大系数,选择阶梯型变幅杆作为兰杰文振子的聚能器。 3.基于有限元方法设计了一对兰杰文振子,并试制出样机,利用加装了辐射圆盘的兰杰文振子开展了验证近场声悬浮能力的实验,并将试验结果与挤压气膜悬浮理论进行了比较。 4.基于粘性流体理论,讨论了非接触式超声作动器的驱动原理,对驱动力进行了理论推导。 5.利用有限元软件对作动器整体结构进行模拟分析,然后基于等效电路法计算出作动器的最佳匹配阻抗。加工出作动器样机并进行了相关试验,测得其输出特性。