用于精密驱动的双足压电执行器设计

摘要

压电执行器因其独特的工作原理和优越的性能受到广泛关注，并在许多领域得到了应用，如航空航天、微电子、医疗器械等。针对压电执行器的定动子接触特性难以精确定量建模分析，影响系统性能如速度、带载能力等进一步提升的问题，对双足直线型压电执行器展开研究，提出并验证了一种弯曲振动方程与有限元数值分析相结合的结构优化方案。基于逆压电效应与等截面梁自由弯曲振动方程，分析了定子振动模态与驱动机制。在SolidWorks中构建三维模型，通过ANSYS Workbench进行有限元仿真，分析定动子接触性能（驱动足法向振幅及系统输出特性等）；基于仿真数据优化结构设计，并验证系统的带载能力。仿真结果表明，当驱动电压为100 V时，所设计执行器的左、右驱动足最大法向位移振幅分别为14μm与7.5μm，动子输出速度为156 mm/s（空载），所对应的最大带载能力为10 N。

关键词

压电执行器 / 有限元分析 / 结构优化 / 数值仿真