双向旋转非对称惯性压电驱动器理论与试验研究

曾平 1; 孙淑杰 1; 李立安 1; 程光明 2; 阚君武 2; 温建明 2

doi:10.7652/xjtuxb201312016

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

双向旋转非对称惯性压电驱动器理论与试验研究

更新时间：2025-07-09

- 双向旋转非对称惯性压电驱动器理论与试验研究
- Theoretical and Experimental Analysis on Bi-Directional Rotary Asymmetric Piezoelectric Actuator
- 西安交通大学学报 2013年47卷第12期页码：90-94
- 作者机构：
  
  吉林大学机械科学与工程学院,长春,130022
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  : 2013-04-13。作者简介: 曾平(1957—),女,教授,博士生导师。基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51175478);教育部高等学校科技创新工程重大项目培育资金资助项目(708028)
- DOI：10.7652/xjtuxb201312016
  中图分类号： TM384;TH703.8
- 网络首发：2013-12-10，
  
  纸质出版：2013
- 稿件说明：
移动端阅览
曾平 1, 孙淑杰 1, 李立安 1, 等. 双向旋转非对称惯性压电驱动器理论与试验研究[J]. 西安交通大学学报, 2013,47(12):90-94.

Theoretical and Experimental Analysis on Bi-Directional Rotary Asymmetric Piezoelectric Actuator[J]. 2013, 47(12): 90-94.
曾平 1, 孙淑杰 1, 李立安 1, 等. 双向旋转非对称惯性压电驱动器理论与试验研究[J]. 西安交通大学学报, 2013,47(12):90-94. DOI： 10.7652/xjtuxb201312016.

Theoretical and Experimental Analysis on Bi-Directional Rotary Asymmetric Piezoelectric Actuator[J]. 2013, 47(12): 90-94. DOI： 10.7652/xjtuxb201312016.

摘要

以非对称压电惯性驱动器为研究对象

提出一种可形成双向驱动能力的新型非对称惯性压电驱动器。该驱动器通过压电振子的非对称夹持结构

使其向两侧振动时具有不同的系统刚度

当以对称信号驱动时

驱动器在一个振动周期内向两侧的转角不同

连续的往复振动使驱动器可以实现定向转动。根据其运动特征

运用能量守恒定律对压电振子的运动过程进行理论分析

推导出双向旋转驱动器步距角与频率之间的关系式

提出通过采用对称波形、不同频率的电源激励信号

使驱动器实现双向运动的方案。设计制作了旋转驱动器试验样机

搭建了驱动器的测试系统

在不同电压幅值、频率的正弦波激励下对驱动器步距角、转速等进行了测试。试验结果表明

可以通过频率控制实现非对称惯性压电驱动器的双向驱动

在100 V正弦电压信号激励下

当频率分别为65 Hz和83 Hz时

驱动器在两个方向上的最大转速分别为5.23 rad/s和0.56 rad/s。

Abstract

A novel bi-directional rotary asymmetric piezoelectric driving mechanism with asymmetric piezoelectric actuator is proposed. The actuator system stiffness varies as it is vibrating from one side to another due to the asymmetric clamping structure

and then the actuator is allowed to directionally rotate as long as asymmetric continuous driving signal is provided. Energy conservation law is considered to theoretically analyze the movement of piezoelectric vibrator

accordingly the relationship between step-angle and frequency of the bi-directional rotating actuator is deduced

and a novel bi-directional movement actuator excited by symmetric signals with different frequencies is presented. An experimental rotating actuator prototype is designed and the corresponding test system is set up. The step-angle and the speed of the actuator is tested under sine wave excitation with different voltages and frequencies. It demonstrates that the bi-directional drive of the asymmetric inertial piezoelectric actuator can be realized via frequency control. The maximum velocities of bi-directional rotation reach 5.23 rad/s in the case of 100 V and 65 Hz and 0.56 rad/s in the case of 100 V and 83 Hz

respectively.

关键词

Keywords

references

杨凯, 张德林, 辜承林. 压电驱动器研究与应用中的若干新进展 [J]. 微电机, 2007, 40(6): 83-87.

YANG Kai, ZHANG Delin, GU Chenglin. New progress in research and application of piezoelectric actuators [J]. Micromotors, 2007, 40(6): 83-87.

SRINIVAS T. Piezoelectric microelectro-mechanical systems: challenges and opportunities [J]. Procedia Engineering, 2010,5: 468-471.

LIU Y T, LI B J. Precision positioning device using the combined piezo-VCM actuator with frictional constraint [J]. Precision Engineering, 2010, 34(3): 534-545.

CARESTA M, KESSISSOGLOU N. Active control of sound radiated by a submarine hull in axisymmetric vibration using inertial actuators [J]. Journal of Vibration and Acoustics, 2012, 134(1): 011002.1-011002.8.

NISHIMURA T, HOSAKA H, MORITA T. Resonant-type smooth impact drive mechanism(SIDM)actuator using a bolt-clamped Langevin transducer [J]. Ultrasonics, 2012,52(1): 75-80.

MORITA T, MURAKAMI H, YOKOSE T, et al. A miniaturized resonant-type smooth impact drive mechanism actuator [J]. Sensors and Actuators: A Physical,2012,178: 188-192

HAN W X, ZHANG Q, MA Y T, et al. An impact rotary motor based on a fiber torsional piezoelectric actuator [J]. Review of Scientific Instruments, 2009,80(1): 014701

ZHANG Z M, AN Q, LI J W, et al. Piezoelectric friction-inertia actuator: a critical review and future perspective [J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2012,62(5/6/7/8): 669-685

WEN Jianming, MA Jijie, ZENG Ping, et al. A new inertial piezoelectric rotary actuator based on changing the normal pressure [J]. Microsyst Technol, 2013,19,277-283.

李晓韬, 程光明, 杨志刚, 等. 应用惯性冲击原理的非对称夹持式压电旋转驱动器的设计 [J]. 光学精密工程, 2010, 18(1): 156-161.

LI Xiaotao, CHENG Guangming, YANG Zhigang, et al. Design of asymmetrical rotated piezoelectric actuators based on impact driving principle [J]. Opt Precision Eng, 2010, 18(1): 156-161.

温建明, 马继杰, 曾平, 等. 压电旋转驱动器制作及性能测试 [J]. 光学精密工程, 2013, 21(1): 131-136.

WEN Jianming, MA Jijie, ZENG Ping, et al. Machining and functional testing of piezoelectric rotary actuator [J]. Opt Precision Eng, 2013, 21(1): 131-136.

SMITS J G, DALKE S I, COONEY T K. The constituent equations of piezoelectric bimorphs [J]. Sensors and Actuators: A Physical, 1991, 28: 41-61.

王宏金,孟庆丰.压电振动能量收集器的等效电路建模分析与实验验证[J].2013,47(10):75-80.[doi:10.7652/xjtuxb 201310013]

吴越,杨志刚,刘勇,等.压电振子对压电泵极限输出压力的影响[J].2013,47(4):64-72.[doi:10.7652/xjtuxb2013040 13]

温建明,曾平,胡雄海,等.三腔蠕动式主动阀压电泵设计与实验研究[J].2010,44(9):78-81.[doi:10.7652/xjtuxb2010 09016]

姜德龙,程光明,孙晓锋,等.输送流体双腔并联压电泵性能分析与试验研究[J].2010,44(3):82-85.[doi:10.7652/xjtuxb201003017]

景敏卿,刘恒,沈园,等.新型挤压膜气体轴承的研究[J].2008,42(7):799-802.[doi:10.7652/xjtuxb200807003]

赵宏伟,吴博达,杨志刚,等.尺蠖型压电旋转驱动器钳位特性分析[J].2007,41(9):1022-1025.[doi:10.7652/xjtuxb 200709004]

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

热-结构耦合作用下压电式力传感器热应力分析

压电振子对压电泵极限输出压力的影响

压电磁耦合振动能量俘获系统的非线性模型研究

压电振动能量收集器的等效电路建模分析与实验验证

语义区分和子图整合驱动的知识图谱表示学习方法