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压电微位移驱动器的结构设计与仿真

黄志奇  
【摘要】:压电微位移驱动器在精确定位与微操作等方面有很广泛的应用前景。与其它驱动器相比,它具有体积小、分辨率高、响应速度快、可控精度高、不发热、低能耗、无电磁干扰等优点。由于以上优点,压电微位移驱动器得到了国内外的广泛重视。设计一种高分辨率、大行程的压电微位移驱动器是本论文的研究目的。 本课题的研究内容主要包括以下六个方面: 1、讨论和研究了压电晶体的力学、电学性能,从压电效应出发,对压电驱动的原理进行了阐述; 2、利用有限元理论,考虑压电材料的压电效应,对压电元件的机电耦合有限元方程进行了详细的推导; 3、对压电驱动元件在多种给定电场和边界条件下的驱动位移(变形)和输出力等物理参量进行仿真计算; 4、通过对压电驱动器结构的可行性分析,设计出满足一定设计技术要求的仿生步进式压电微位移驱动器结构; 5、对设计结构进行仿真分析,并对所设计的驱动器结构进行优化; 6、在对压电驱动器仿真分析的基础上加工出样品并进行测试.比较测试结果和仿真计算值,验证设计与仿真分析的合理性。 仿真分析与测试结果都表明本课题所设计的压电微位移驱动器结构满足高分辨率、大行程的设计要求。本论文得到了一些有用的数据和结论,对今后的研究工作有所帮助。


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