Разработка пьезопривода
В настоящее время большое распространение получили пьезопривода, обладающие высокими техническими показателями. Одним из перспективных видов приводов является пьезокерамический актюатор. Работа посвящена исследованию системы микроперемещений на основе пьезоэлектрического привода.
Введение………………………………………………………………………………………………. 15
Раздел 1. Обзорная часть……………………………………………………………………… 17
1.1. Пьезокерамические преобразователи …………………………………………… 23
1.2. Природа прямого и обратного эффекта ………………………………………… 23
1.3. Пьезоэлемент ………………………………………………………………………………… 27
Раздел 2. Актюаторы ………………………………………………………………………….. 29
2.1. Виды и применение ………………………………………………………………………. 29
2.2. Пьезокерамические актюаторы ……………………………………………………. 30
2.3. Конструктивные элементы пьезоприводов …………………………………… 31
2.4. Перспектива применения пьезоприводов …………………………………….. 34
2.5. Современные производители пьезоприводов ……………………………….. 35
Раздел 3. Проектирование системы микроперемещений на основе
пьезокерамического пакетного преобразователя ……………………………….. 46
3.1. Расчет пьезокерамического преобразователя пакетного типа ……… 46
3.2. Подбор марки пьезокерамики ………………………………………………………. 47
3.3. Разработка преобразователя движения ………………………………………… 51
3.4. Функциональная схема устройства ………………………………………………. 55
3.5. Подбор и расчет элементов проектируемого модуля …………………….. 57
3.5.1. Расчет параметров электромагнитов …………………………………………. 57
3.5.2 Расчет быстродействия элементов и подбор рабочей частоты ……. 60
3.6. Подбор транзисторов ……………………………………………………………………. 61
3.7. Моделирование работы в системе Matlab Simulink ………………………. 62
3.8. Экспериментальное исследование динамических показателей ……… 68
Раздел 4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение ………………………………………………………………………………. 72
4.1. Предпроектный анализ …………………………………………………………………. 72
4.2. Инициация проекта ………………………………………………………………………. 85
4.3. Планирование научно-исследовательской работ …………………………… 87
4.4. Бюджет научно-технического исследования ………………………………….. 93
4.5. Определение ресурсоэффективности исследования ………………………. 99
Раздел 5. Социальная ответственность ……………………………………………… 105
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
…………………………………………………………………………………………………………… 106
5.2. Производственная безопасность …………………………………………………. 107
5.3. Экологическая безопасность ………………………………………………………. 113
5.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………. 115
Заключение ………………………………………………………………………………………. 120
Список публикаций ………………………………………………………………………….. 123
Список используемой литературы …………………………………………………….. 124
Приложение……………………………………………………………………………………….. 128
С давних времен электромеханическим системам отводилось центральное место, по уровню их развития определяли производственные возможности многих отраслей промышленности, успешность проведения различных научных исследований, боевые качества военной техники.
В связи с этим, в период стремительного роста нано- и микротехнологий, необходимо целенаправленно решать вопросы создания и развития принципиально новых устройств микросистемной техники. Существует большой спектр различных задач, в котором необходимо обеспечить перемещения микрообъектов в микрометровым и нано метровом диапазонах с высокой точностью позиционирования. В первую очередь такие диапазоны характерны для систем микроперемещений (СМП), оптикомеханических устройств, микроманипуляторов для биологических исследований на уровне клетки, манипуляторов для сборки микроэлектродвигателей, микроклапанов, микроэлектронных схем и электромагнитных микрореле. Такие микроманипуляционные системы на базе традиционных электромеханических приводов наталкиваются на ряд технических трудностей. При создании микроперемещений и работе на сверхнизких скоростях электродвигатели постоянного и переменного тока работают в неустойчивых режимах, вследствие чего появляются нерегулярные колебания объекта позиционирования. Кроме того, отрицательное влияние оказывают нелинейности кинематических передач, избавиться от которых в данных условиях не представляется возможным. Даже в лучших шарико-винтовых передачах повторяемость позиции достигается с погрешностью от десятков долей до единиц микрометров. Большое влияние на точность микроперемещений оказывают тепловые и вибрационные возмущения, которые при больших диапазонах перемещений, как правило, не учитываются.
Таким образом, можно сделать вывод, что возросший спектр
требований, в числе которых высокие точностные, динамические
15
характеристики, а также максимальная компактность геометрических размеров дали мощный толчок к развитию технологий с применением новых материалов, иных физических эффектов и конструктивных решений, которые указывают на актуальность данного исследования.
Большой вариант распространение получили пьезомоторы, обладающие высокими техническими показателями. Одними из перспективных видов пьезомоторов является пьезоэлектрический двигатель, функционирование исполнительных органов которых основано на пьезоэлектрическом эффекте. Явление, при котором диэлектрик деформируется на некоторую величину от приложенного к нему внешнего электрического поля, называется обратным пьезоэлектрическим эффектом. Материал, в котором возможны такие явления, называется пьезоэлектрическим.
1. Бансявичус Р.Ю., Рагульскис К.М. Вибродвигатели. Вильнюс: Мокслас.
1981.- 193 с.
2. Александров А.В., Потапов В.Д. Основы теории упругости и
пластичности. М.: Высшая школа. 1990. – 400 с.
3. АроновБ.С.Электромеханическиепреобразователииз
пьезоэлектрической керамики. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние.
1990. – 272 с.
4. Гордиенко И.Е., Чутко В.М. Конечно-элементный расчет связанных
электроупругих колебаний составного преобразователя. Киев: Наукова
думка. 1986.-208 с.
5. Бараускас Р.А. и др. Расчет биморфных пьезокерамических элементов.
//Вибротехника. 1983. Вып 46 №2 С 118-127.
6. Архитектурная бионика/ Под ред. Ю.С. Лебедева. М.: Стройиздат. 1990.
-269 с.
7. Вибрации в технике: Справочник: В 6-ти т. Т. 6. 2-е изд./ Ред. совет К.В.
Фролов М.: Машиностроение. 1995. – 456 с.
8. Электронныйресурс–https://www.kit-
e.ru/articles/powerel/2006_10_36.php
9. Онлайнэнциклопедия–https://cyberleninka.ru/article/n/piezoprivod-na-
osnove-tonkoplenochnyh-piezoaktyuatorov/viewer
10. СайтИнструментальногоколледжалондонскогоуниверситета:
http://www.ucl.ac.uk/g23istruments/
11. Балкаров О.М., Леонов A.M. Биморфный пьезокерамический элемент
для сканирования лазерного луча // Труды МВТУ. 1974. № 199. С. 101-
105.
12. Вибрации в технике: Справочник: В 6-ти т. Т. 6. 2-е изд./ Ред. совет К.В.
Фролов М.: Машиностроение. 1995. – 456 с.
13. ДаринцевО.В.Алгоритмыадаптивногоиинтеллектуального
управления мобильным микроманипуляционным роботом. Автореферат
дисс. канд. тех. наук. Уфа: УГАТУ, 1999. 24 с.
14. ДомаркасВ.И.,КажисР.И.Контрольно-измерительные
пьезоэлектрические преобразователи. Вильнюс: Минтис, 1974, – 220 с.
15. ДьяченкоВ.А.,СмирновА.Б.Пьезоэлектрическиеустройства
мехатрони-ки // Мехатроника. 2002. № 2. С. 38 -46.
16. ДьяченкоВ.А.,СмирновА.Б.Расчетипроектирование
микроманипуляторов с пьезоприводом // Мехатроника, автоматизация,
управление. 2002. №5. С. 40-44.
17. ДьяченкоВ.А.,СмирновА.Б.Расчетипроектирование
микроманипуляторов с пьезоприводом // М-лы XIII научн.-технич.
конф. «Экстремальная робототехника» СПб.: СПбГПУ, 2003. С. 85 92.
18. ЕрофеевА.А.Пьезоэлектронныеустройстваавтоматики.JI.:
Машиностроение, 1982. – 212 с.
19. ИвановА.А.Проектированиесистемавтоматического
манипулирования миниатюрными изделиями. М.: Машиностроение,
1981.-271 с.
20. Коваленко В.А. Пьезоэлектрический двигатель вращения как элемент
автоматических систем: Автореферат диссертации на соискание ученой
степени канд. техн. наук: 05.13.05. -М., 1998. -15 с.
21. Сайт журнала «Микросистемная техника», http://www.microsystems.ru.
22. ЛавриненкоВ.В.,КарташевИ.А.,ВишневскийB.C.
Пьезоэлектрические двигатели. М.:Энергия, 1980. 110 с.
23. Методическиеуказанияпоразработкераздела«Социальная
ответственность» выпускной квалификационной работы магистра,
специалиста и бакалавра всех направлений (специальностей) и форм
обучения ТПУ, Томск 2019.
24. ГОСТ 12.0.003-2015 Опасные и вредные производственные факторы.
Классификация, 2015.
25. СанПиН2.2.1/2.1.1.1278-03Гигиеническиетребованияк
естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и
общественных зданий, 2003.
26. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03Гигиенические требования к персональным
электронно-вычислительным машинам и организации работы, 2003.
27. СанПиН 2.2.4.1191-03 Электромагнитные поля в производственных
условиях, 2003.
28. СП 52.13330.2011 Естественное и искусственное освещение, 2011
29. СанПиН2.2.4.548–96Гигиеническиетребованияк
микроклиматупроизводственных помещений, 1996.
30. СН 2.2.4/2.1.8.562–96, Шум на рабочих местах, в помещениях
жилых,общественных зданий и на территории жилой застройки, 1996.
31. ГОСТ 30494-2011, Здания жилые и общественные. Параметры
микроклимата в помещениях, 2011.
32. ГОСТ 12.4.124-83 Система стандартов безопасности труда (ССБТ).
Средства защиты от статического электричества. Общие технические
требования, 1984.
33. Пожарная безопасность серверной комнаты [Электронный ресурс]
URL: https://avtoritet.net/library/press/245/15479/articles/15515, Системы
противопожарной защиты установки пожарной сигнализации и
пожаротушения автоматические, 2009.
34. НПБ 105-03, Определение категорий помещений, зданий и наружных
установок по взрывопожарной и пожарной опасности, 2003.
35. Трудовой кодекс Российской Федерации” от 30.12.2001 N 197-ФЗ (ред.
от 05.02.2018).
36. ГОСТ 12.2.032-78 Система стандартов безопасности труда. Рабочее
место при выполнении работ сидя, 2017.
37. ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК. Седьмое издание,
2002.
38. Специальная оценка условий труда в ТПУ. 2018.
39. ДашковскийА.Г.Расчетустройствазащитногозаземления.
Методические указания квыполнению самостоятельной работы по
дисциплине «Электробезопасность» длястудентов всех специальностей
ЭЛТИ. Томск, изд. ТПУ, 2010. – 8 с.
40. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 Санитарно-защитные зоны и санитарная
классификация предприятий, сооружений и иных объектов.
41. СТО70238424.29.240.10.003-2011СтандарторганизацииНП
“ИНВЭЛ”. Подстанции напряжением 35 кВ и выше. Условия создания.
Нормы и требования.
42. СТО 70238424.29.240.10.009-2011 Распределительные электрические
сети. Подстанции 6-20/0,4 кВ. Условия создания. Нормы и требования.
43. СНиП 41-03-2003 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.
44. Kenji Unchino. Advanced piezoelectric materials. University Park: Penn
State University, 2010 – 696 p.
45. Hyunuk Kim. Piezoelectric energy harvesting. Virginia: Center for Energy
harvesting materials and systems, 2009 – 236 p.
46. Daniel J. Inman. Energy harvesting technologies. Berlin: Springer, 2008. –
544 p.
47. Jonh B. Wachman. Ceramic innovation in the 20th centrury. New Jersey:
Rutgers University, 1999. – 307 p.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.5 (330 отзывов)
4.9 (826 отзывов)
5 (8 отзывов)
4.5 (80 отзывов)
4.7 (46 отзывов)
4.9 (5 отзывов)
5 (285 отзывов)
4.6 (71 отзыв)
4.8 (17 отзывов)
