Разработка пьезопривода

Дронов, Даниил Владимирович Отделение электроэнергетики и электротехники (ОЭЭ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

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.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Дарья П. кандидат наук, доцент
    4.9 (20 отзывов)
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    AleksandrAvdiev Южный федеральный университет, 2010, преподаватель, канд...
    4.1 (20 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    28 Выполненных работ
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Татьяна Б.
    4.6 (92 отзыва)
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!
    #Кандидатские #Магистерские
    138 Выполненных работ
    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Энергосервисный договор
    📅 2018 год
    🏢 Санкт-Петербургский государственный университет
    Асинхронный электропривод вентиляционной установки
    📅 2020 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка имитационной модели системы электропитания тяжелого самолета
    📅 2018 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Оптимизация структуры и режимов фотоэлектростанций северных территорий
    📅 2018 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)