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Importance of Three-Dimensional Piezoelectric Coupling Modeling in Quantitative Analysis of Piezoelectric Actuators 被引量:1
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作者 Daisuke Ishihara Prakasha Chigahalli Ramegowda +1 位作者 Shoichi Aikawa Naoki Iwamaru 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2023年第8期1187-1206,共20页
This paper demonstrates the importance of three-dimensional(3-D)piezoelectric coupling in the electromechanical behavior of piezoelectric devices using three-dimensional finite element analyses based on weak and stron... This paper demonstrates the importance of three-dimensional(3-D)piezoelectric coupling in the electromechanical behavior of piezoelectric devices using three-dimensional finite element analyses based on weak and strong coupling models for a thin cantilevered piezoelectric bimorph actuator.It is found that there is a significant difference between the strong and weak coupling solutions given by coupling direct and inverse piezoelectric effects(i.e.,piezoelectric coupling effect).In addition,there is significant longitudinal bending caused by the constraint of the inverse piezoelectric effect in the width direction at the fixed end(i.e.,3-D effect).Hence,modeling of these effects or 3-D piezoelectric coupling modeling is an electromechanical basis for the piezoelectric devices,which contributes to the accurate prediction of their behavior. 展开更多
关键词 piezoelectric coupling effect piezoelectric bimorph actuator weak coupling strong coupling three-dimensional finite element analysis
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新型压电旋转驱动器的设计与试验研究 被引量:8
2
作者 刘向锋 刘大伟 +2 位作者 高志 刘莹 丘天 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期169-174,共6页
为简化压电旋转驱动器的结构,提高能量使用效率,设计和研制一种新型压电旋转驱动器。驱动器采用压电双晶片作为原动件,经运动转换机构将其弯曲变形转化为扭转运动,再通过双离合器的耦合传动将扭转运动转化为旋转运动。使用有限元仿真分... 为简化压电旋转驱动器的结构,提高能量使用效率,设计和研制一种新型压电旋转驱动器。驱动器采用压电双晶片作为原动件,经运动转换机构将其弯曲变形转化为扭转运动,再通过双离合器的耦合传动将扭转运动转化为旋转运动。使用有限元仿真分析方法和试验对驱动器的物理性能进行深入的研究,测得驱动器的关键参数。针对该驱动器的有限元仿真分析和试验研究表明,压电旋转驱动器的转速与驱动信号的频率、电压近似呈线性关系,驱动器具有一定的承载能力。对试验结果与有限元仿真分析结果进行误差分析,找出产生误差的原因,为驱动器的进一步优化设计提供了参考。研究证明了该压电旋转驱动器设计方法的可行性,使用该方法可以制作出结构简单,体积小,适合在微驱动领域中应用的压电旋转驱动器。 展开更多
关键词 压电双晶片 旋转驱动器 双离合器耦合
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非对称夹持惯性压电旋转驱动器 被引量:2
3
作者 程光明 张海滨 +3 位作者 温建明 李新辉 曾平 阚君武 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第17期83-89,共7页
以惯性压电旋转驱动器为研究对象,提出一种新型非对称夹持惯性压电旋转驱动器的研究方案。该驱动器以压电双晶片振子为驱动元件,采用对称方波电信号为激励信号。通过特殊设计的非对称夹持结构,惯性压电旋转驱动器可产生明显的惯性驱动力... 以惯性压电旋转驱动器为研究对象,提出一种新型非对称夹持惯性压电旋转驱动器的研究方案。该驱动器以压电双晶片振子为驱动元件,采用对称方波电信号为激励信号。通过特殊设计的非对称夹持结构,惯性压电旋转驱动器可产生明显的惯性驱动力差,实现单向旋转动运动。建立基于Lugre摩擦模型的压电旋转驱动器动力学仿真模型,对压电旋转驱动器动态特性进行仿真分析,进一步设计研制非对称夹持惯性压电旋转驱动器样机,进行试验研究,试验证明研制的样机可以实现大行程(360°)、高分辨率(2μrad)、高旋转步长(146.36μrad)的稳定转动。仿真分析和试验研究结果吻合较好,表明研制的非对称夹持惯性压电旋转驱动器具有定向驱动作用。 展开更多
关键词 惯性 旋转驱动器 非对称夹持 压电双晶片 摩擦
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压电双晶片动态机电耦合特性分析 被引量:2
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作者 叶会英 禹延光 +1 位作者 姬建伟 浦昭邦 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2002年第5期411-414,共4页
基于压电双晶片本构方程 ,采用机电耦合系数的一种新的、更为合理的定义方法 ,分析了动态情况下悬臂梁式双晶片执行器或换能器的机电耦合特性 ,仿真分析了机电耦合特性与器件材料、几何尺寸以及信号频率之间的关系。结果表明 ,机电耦合... 基于压电双晶片本构方程 ,采用机电耦合系数的一种新的、更为合理的定义方法 ,分析了动态情况下悬臂梁式双晶片执行器或换能器的机电耦合特性 ,仿真分析了机电耦合特性与器件材料、几何尺寸以及信号频率之间的关系。结果表明 ,机电耦合系数随双晶片几何尺寸及信号频率起伏变化 ,起伏幅度随信号频率的增大而减小 ,随双晶片长度厚度比的增大而减小。 展开更多
关键词 压电双晶片 机电耦合系数 微执行器 MEMS 微电子机械系统
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一种旋转压电陶瓷驱动器的设计和研究 被引量:4
5
作者 赵爱玲 张海峰 王丙军 《机械设计与制造》 北大核心 2012年第7期30-32,共3页
为发挥压电陶瓷分辨率高、频响高、功耗低及抗电磁干扰能力强等优点,进一步简化压电旋转驱动器的结构,提高压电驱动工作效率,设计和研制一种新型压电旋转驱动器。驱动器以压电陶瓷双晶片为原动件,通过联接机构联接定子和转子,选用滚子... 为发挥压电陶瓷分辨率高、频响高、功耗低及抗电磁干扰能力强等优点,进一步简化压电旋转驱动器的结构,提高压电驱动工作效率,设计和研制一种新型压电旋转驱动器。驱动器以压电陶瓷双晶片为原动件,通过联接机构联接定子和转子,选用滚子结构的超越离合器驱动机构,将双晶片扭转位移运动转化为输出轴的连续旋转运动。驱动器结构简单,体积小。通过理论分析、有限元仿真和试验研究表明,驱动器的转速与驱动信号的频率、电压近似呈线性关系,具有良好的输出特性,步进精确,运行平稳可靠,适于在微驱动领域应用。 展开更多
关键词 压电双晶片 旋转驱动器 离合器驱动
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角位移增大连杆轴向预压缩驱动器静、动态特性仿真分析 被引量:4
6
作者 胡凯明 文立华 燕照琦 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1258-1266,共9页
为了进一步增大压电双晶片驱动器的输出角位移,基于轴向预压缩增大压电双晶片输出转角和力矩的方法,提出一种带有连杆机构的压电双晶片驱动器。对驱动器建立了端部带有扭簧的静力学数值模型,以及端部带有微小舵面的刚柔耦合拉格朗日动... 为了进一步增大压电双晶片驱动器的输出角位移,基于轴向预压缩增大压电双晶片输出转角和力矩的方法,提出一种带有连杆机构的压电双晶片驱动器。对驱动器建立了端部带有扭簧的静力学数值模型,以及端部带有微小舵面的刚柔耦合拉格朗日动力学方程及有限元模型。所得的数值结果和有限元结果总体符合程度较好,静力学结果表明:带有连杆机构的轴向预压缩(PBP)驱动器较原PBP驱动器输出角位移增大了4倍以上,最大输出转角可达到26.3°,而输出转矩随之缩小。动力学结果给出了驱动器机构内部能量的传输及分配特性,以文中舵面作为驱动对象,驱动器平均输出角速度达到2 000°/s,控制带宽达到30 Hz,明显优于普通伺服舵机。该角位移增大PBP驱动器的设计和仿真研究可为以大位移、小输出力矩、高控制带宽为特征的微小型飞行器舵机的研制提供理论参考依据。 展开更多
关键词 航空器结构与设计 预压缩压电双晶片 驱动器 增大角位移 刚柔耦合 拉格朗日方程
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压电双晶片的能量传输特性分析 被引量:5
7
作者 叶会英 浦昭邦 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2000年第4期345-350,共6页
基于压电双晶片的准静态本构方程 ,详细地分析了准静态情况下悬臂梁式双晶片执行器在常见的三种不同载荷 (力、力矩、压力 )情况下的机电转换特性 ,即有效机电耦合系数、最大能量传输系统、最大输出机械能量时效率。分析结果表明 :这些... 基于压电双晶片的准静态本构方程 ,详细地分析了准静态情况下悬臂梁式双晶片执行器在常见的三种不同载荷 (力、力矩、压力 )情况下的机电转换特性 ,即有效机电耦合系数、最大能量传输系统、最大输出机械能量时效率。分析结果表明 :这些特性主要由压电双晶片材料的横向机电耦合系数 k31 决定 ;三种载荷中 ,以力矩形式输出机械能时压电双晶片执行器的效率最高 ,以力的形式输出时稍低 ,以压力形式 (如用于推动气体或液体 )输出时效率最低。这些结论对于设计压电双晶片执行器的结构具有指导意义。 展开更多
关键词 压电双晶片 微执行器 能量传输特性
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新型弹载压电舵机驱动器方案设计及力学分析 被引量:4
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作者 胡凯明 文立华 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第21期104-112,共9页
为了同时增大压电双晶片驱动器的输出位移和输出力矩,并提高弹药内部的空间利用率,提出一种新型弹载后屈曲预压缩压电双晶片(Post-buckling pre-compression,PBP)舵机驱动器方案。该驱动器通过压电双晶片的层叠来增大驱动器设计空间,再... 为了同时增大压电双晶片驱动器的输出位移和输出力矩,并提高弹药内部的空间利用率,提出一种新型弹载后屈曲预压缩压电双晶片(Post-buckling pre-compression,PBP)舵机驱动器方案。该驱动器通过压电双晶片的层叠来增大驱动器设计空间,再利用一组角位移连杆放大机构来调整其设计空间,进而达到同时增大输出位移和力矩的目的。对驱动器建立了测量输出力矩的静力学数值模型以及端部带有舵面的刚柔耦合拉格朗日动力学方程及其有限元模型。通过静力学分析、强度校核以及瞬态动力学分析,得到数值结果和有限元结果,两者总体符合程度较好。静力学结果表明,新型PBP驱动器较原PBP驱动器同时增大了输出转角和力矩,设计空间增大了80%以上,并且在最大输出力矩情况下,各部件满足强度要求;动力学结果给出了驱动器机构内部的能量传输及分配特性,以转动惯量为1×10-2 kg·mm2舵面作为驱动对象时,控制带宽可达到300Hz,明显优于普通微型伺服舵机。因此所设计的方案可以为以内部空间狭小、高控制带宽为特征的各类微小飞行器(Micro aerial vehicle,MAV)舵机驱动器的研制提供参考。 展开更多
关键词 压电双晶片驱动器 微小型飞行器 设计空间 刚柔耦合 拉格朗日方程
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一种高效压电旋转驱动器的设计和研究 被引量:1
9
作者 张海峰 赵爱玲 李立 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2014年第6期991-994,998,共5页
为解决压电双晶片旋转驱动器能量利用效率低,转动力学性能差等问题,设计了一种高效压电旋转驱动器。驱动器以压电双晶片组为原动件,通过双离合器机构耦合,将双晶片组正、反两个方向产生的扭转运动全部转化为连续旋转输出,提高了能量利... 为解决压电双晶片旋转驱动器能量利用效率低,转动力学性能差等问题,设计了一种高效压电旋转驱动器。驱动器以压电双晶片组为原动件,通过双离合器机构耦合,将双晶片组正、反两个方向产生的扭转运动全部转化为连续旋转输出,提高了能量利用效率。通过双晶片组对称结构的设计和安装,改善了驱动器力学性能和刚度。通过有限元仿真分析和实际测试,驱动器转速与驱动信号的频率电压基本成线性关系,驱动器承载能力明显提升。驱动器结构紧凑,体积小,普通正弦信号即可驱动,不需要特殊驱动信号或专门时序控制电路,运行稳定可靠,控制简单高效,适用于微驱动领域。 展开更多
关键词 压电双晶片 旋转驱动器 离合器驱动 双离合器耦合 压电电机
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