压电致动的超精密柔性机构设计及应用

第1章　绪论1
1.1　柔性精密机构概述1
1.1.1　柔性精密机构应用领域1
1.1.2　柔性精密机构主要性能指标3
1.1.3　柔性精密机构技术瓶颈5
1.2　柔性精密机构研究进展与应用现状7
1.2.1　研究进展7
1.2.2　应用现状9
1.3　本书主要内容11
参考文献12
第2章　压电陶瓷材料概述15
2.1　压电陶瓷材料的应用15
2.1.1　压电式加速度传感器15
2.1.2　超声波传感器16
2.1.3　压电灵巧手16
2.2　压电陶瓷的基本性能参数17
2.2.1　介电常数17
2.2.2　压电常数18
2.2.3　弹性常数19
2.2.4　机械品质因数20
2.2.5　机电耦合系数20
2.3　压电方程及压电振子的振动模式21
2.3.1　压电方程21
2.3.2　压电振子的振动模式22
2.4　压电叠堆的结构与性能22
2.4.1　压电叠堆的结构22
2.4.2　压电叠堆的基本性能23
2.5　压电叠堆作动系统设计27
2.5.1　压电叠堆作动系统的动态特性27
2.5.2　压电叠堆作动系统的柔性设计28
本章小结30
参考文献30
第3章　柔性压电精密致动器基础理论31
3.1　压电致动器的概念、特点与分类31
3.2　压电致动器的发展、研究现状与应用33
3.2.1　压电致动器的发展33
3.2.2　压电致动器的研究现状34
3.2.3　压电致动器的应用35
3.3　压电致动器的振动状态38
3.3.1　共振38
3.3.2　非共振38
3.3.3　共振与非共振的比较39
3.4　多模式作动机理39
3.4.1　作动方式39
3.4.2　工作模式41
本章小结41
参考文献41
第4章　柔性铰链参数化设计方法47
4.1　柔性铰链参数化设计48
4.1.1　结构参数ε48
4.1.2　柔度参数λ50
4.2　深切口椭圆型柔性铰链52
4.2.1　转动刚度模型52
4.2.2　结构参数灵敏度分析53
4.2.3　刚度/柔度模型55
4.3　柔性铰链模糊优化设计57
4.3.1　模糊优化设计方法57
4.3.2　算例分析61
4.4　柔性机构参数化设计63
4.4.1　柔性机构模型63
4.4.2　柔性机构放大率计算63
4.5　基于柔性铰链参数的柔性机构优化设计65
4.5.1　柔性机构柔性铰链优化设计65
4.5.2　有限元仿真验证66
4.5.3　实验验证67
本章小结69
参考文献70
第5章　柔性正交式压电精密致动器71
5.1　柔性正交式压电致动器结构设计71
5.1.1　双足定子机构设计71
5.1.2　夹持预紧机构设计73
5.2　工作原理74
5.3　预紧机构的小型化优化设计76
5.4　实验研究77
5.4.1　实验平台77
5.4.2　双驱动足定子机构实验78
5.4.3　步进作动实验79
5.4.4　连续作动实验81
本章小结82
参考文献82
第6章　柔性杠杆式压电精密致动器83
6.1　柔性杠杆式压电致动器结构设计83
6.1.1　定子机构设计83
6.1.2　夹持预紧机构设计84
6.2　工作原理85
6.3　基于柔度特性的致动器结构优化设计86
6.3.1　杠杆式致动器位移放大模型86
6.3.2　基于柔性铰链的结构优化设计89
6.3.3　优化设计验证89
6.4　实验研究93
6.4.1　双驱动足布局对比实验93
6.4.2　步进作动实验95
6.4.3　连续作动实验95
本章小结96
参考文献96
第7章　柔性菱形压电精密致动器98
7.1　柔性菱形压电致动器结构设计98
7.1.1　定子机构设计98
7.1.2　夹持预紧机构设计99
7.2　工作原理99
7.2.1　作动原理99
7.2.2　作动模型100
7.3　基于多目标的致动器结构参数优化设计101
7.3.1　优化模型101
7.3.2　有限元优化设计105
7.3.3　优化设计验证106
7.4　实验研究106
7.4.1　步进作动实验106
7.4.2　连续作动实验107
本章小结108
参考文献108
第8章　柔性精密运动平台109
8.1　精密运动平台的发展与应用109
8.2　基于压电致动的精密运动平台研究现状111
8.2.1 串并联精密运动平台111
8.2.2　基于压电致动的精密定位平台112
8.2.3　大行程精密运动定位平台113
8.3　一维精密运动平台114
8.3.1　一维直线运动平台114
8.3.2　一维旋转运动平台115
本章小结118
参考文献118
第9章　压电致动的3-DOF串联精密定位平台123
9.1　串联平台拓扑结构设计123
9.1.1　总体设计123
9.1.2　直线移动平台结构设计124
9.1.3　旋转运动平台结构设计125
9.2　串联平台运动特性127
9.2.1　运动学分析127
9.2.2　动力学分析129
9.3　实验研究131
9.3.1　实验平台系统131
9.3.2　实验测量方法132
9.3.3　步进作动实验133
9.3.4　连续作动实验136
9.3.5　实验结果讨论139
本章小结140
参考文献141
第10章　压电致动的3-DOF并联精密定位平台142
10.1　并联平台拓扑结构设计142
10.1.1　总体设计142
10.1.2　并联支路设计143
10.1.3　大行程圆柱型柔性铰链设计与分析144
10.1.4　3-DOF并联精密定位平台刚度模型148
10.2　并联平台运动特性152
10.2.1　运动学分析152
10.2.2　动力学分析161
10.3　实验研究164
10.3.1　3-DOF并联平台步进作动实验164
10.3.2　3-DOF并联平台连续作动实验170
本章小结174
参考文献175
第11章　压电精密致动技术应用展望177
11.1　基于压电致动的微振动抑制智能结构177
11.1.1　压电致动技术在微振动抑制中的应用基础177