从内在因素(迟滞和蠕变效应)和外在因素(环境、控制电源、预紧力、导向机构等)两大方面系统的总结了压电驱动微位移灵敏度的影响因素,并针对每种因素给出了相应的实验结果或调研数据,提出了提高分辨率可采取的措施。

针对直线式压电振动送料器设计与使用中出现的轨道匹配失效现象,设计试验样机对不同轨道及安装方式进行试验,采用两个激光位移传感器对轨道失效时不同位置的振动位移进行了测试,测试结果表明,轨道端点振幅大,中心位置振幅小,轨道两端点运动方向相反,即轨道在发生平移运动的同时也发生了转动。回转中心附近测试点位移为8.2μm,端点位移则可达到67.8μm。建立了无阻尼条件下轨道的平移与角运动的动力学方程,得到了轨道匹配有效的条件为端点角运动幅值分量小于平移运动幅值分量。理论分析结果表明减小轨道长度、振子安装角及支撑点的不对称度有助于解决轨道配合失效问题。

提出一种新型压电驱动单级电液伺服阀,其特点是可以提供比传统电磁式电液伺服阀更高的频宽与分辨率,而且结构紧凑、抗污染能力强.该阀采用大行程的压电叠堆(积层式压电驱动器)作为驱动元件直接驱动滑阀,通过基于弹性变形原理的弹性板机构,结合电阻应变式微位移传感器,实现机构及检测一体化.应用有限元法对弹性板机构进行分析优化,试制了直动式压电伺服阀样机并对样机进行了试验研究,得出该阀的频宽约为1 kHz.新型伺服阀可以应用于振动试验台、疲劳试验台及需要快速反应的流体控制系统中,提高系统的响应特性.

提出一种基于杠杆放大原理的直动式压电伺服阀。该阀采用大行程的压电叠堆作为驱动元件,经杠杆放大后的位移直接驱动功率级滑阀。采用解析法建立了阀芯运动机构的动力学模型,并对其进行了仿真分析。试制了杠杆放大型直动式压电伺服阀样机,并对样机的动态特性进行了试验测试。结果表明,该阀正向阶跃响应时间为0.54 ms,负向阶跃响应时间为1.08 ms,频宽约为1 kHz。新型伺服阀可以应用于振动试验台、疲劳试验台及需要快速反应的流体控制系统中,可提高系统的快速响应特性。

水的黏度低,水液压控制阀采用传统的电机械转换器,因润滑和密封问题其性能与油压元件差距大。压电驱动刚度大,响应快,精度高,能有效提高水液压控制阀的性能。采用球式座阀结构,通过设计合理的微调预紧机构、阀体和阀口,研制了直接压电驱动水液压节流控制阀。建立了直接压电驱动节流阀的仿真模型,仿真与静态试验结果表明,压电叠堆输入电压高时,控制阀具有相对较高的线性度;而压电叠堆输入电压低时控制刚度不足,受阀芯不平衡液压力影响,试验与仿真结果偏差大,控制阀性能不佳。采用座阀结构的水液压控制阀提高了阀口密封性,但在阀的设计和加工中应减小不平衡液压力。

为确定液体的可压缩性和气体含量对压电驱动器性能的影响分别在不同的传递介质和加载压力下研究了驱动器的输出速度和推力的变化规律。结果表明:以自来水为介质时驱动器的最佳加载压力是0.07MPa最大输出速度和推力为13.83mm/s66.4N是压力为0时的1.17倍和1.29倍。以纯净水为介质时驱动器的最佳加载压力是0.04MPa最大输出速度和推力为25.83mm/s92.6N是压力为0时的1.11倍和115倍;比采用自来水做介质时增长了1.87倍和1.39倍。加载合适压力后驱动器的输出速度、推力、步长增加且输出与电压(频率)的线性关系范围增大;系统中气体含量越少驱动器达到最佳输出所需加载的压力越小加载压力对驱动器的输出性能的影响越明显。

为了提高电液伺服阀的频率响应特性,采用响应速度快、输出力大、刚性好的积层式压电驱动器作为伺服阀的前置级电-机械转换器.采用杠杆放大的方式对压电驱动器的输出位移进行放大,保证足够的流量输出;采用直接驱动阀芯的方式增强了抗污染能力以及动态响应特性;功率级滑阀采用内置方式,用单个压电叠堆实现了滑阀的双向控制.试制了压电伺服阀的样机,并对样机进行了静、动态测试.得出该阀的频宽大于1.2 kHz,流量为5.7 L/m in,抗污染能力达到ISO 4406 18/15.

针对电液伺服阀电磁式前置级驱动器频响低的问题,提出了一种压电驱动型电液伺服阀前置级驱动器,该驱动器以压电叠堆(积层式压电微位移器)为驱动元件,通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构,放大压电叠堆的输出位移.同时,设计、研制了实验装置,并在试制样机上对其静、动态特性进行了实验.研究表明,该驱动器具有线性良好、高分辨率、高频响等特点,由有限元分析得到的固有频率达到了1.201 kHz,实际测量的固有频率为1 kHz.