Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Моделирование контактного взаимодействия элементов пьезоэлектрического двигателя

Авторы

¹А.В. Азин, ²С.А. Кузнецов, ¹С.А. Пономарев, ¹С.В. Пономарев, ¹С.В. Рикконен

Организации

¹Национальный исследовательский Томский государственный университет
г. Томск, Российская Федерация
²АO «Информационные спутниковые системы» им. акад. М. Ф. Решетнёва»
г. Железногорск, Красноярский край, Российская Федерация

Аннотация

В статье представлены результаты разработки шагового пьезоэлектрического двигателя нового типа. Оригинальность конструкции шагового пьезоэлектрического двигателя состоит в конструкционном рычажном элементе – «захвате», который позволяет организовать как прямой, так и обратный ход штока при работе одного пьезоэлемента. Для выбора эффективного режима работы шагового пьезоэлектрического двигателя разработана математическая модель. Данная математическая модель описывает функционирование пьезоэлектрического двигателя с учетом особенностей контактного и электроупругого деформирования. С использованием пакета прикладных программ ANSYS разработана конечно-элементная модель пьезоэлектрического двигателя типа «Захват». Данная конечно-элементная модель позволяет оценить напряженно-деформированное состояние элементов конструкции пьезоэлектрического двигателя при их контактном взаимодействии и определить эффективный пошаговый режим работы пьезоэлектрического двигателя. С использованием разработанной конечно-элементной модели исследовано влияние параметров режима работы пьезоэлектрического двигателя на величину перемещения штока. По результатам проведенных экспериментальных исследований определено, что предложенная численная модель позволяет смоделировать динамический процесс пошагового режима работы пьезоэлектрического двигателя с погрешностью не более 6 %. Данная конечно-элементная модель учитывает характер внешней нагрузки на пьезоэлектрический двигатель и может использоваться для проектирования шаговых пьезоэлектрических двигателей различной сферы применения.

Ключевые слова

пьезоэлектрический двигатель, шаговый двигатель, пилообразный сигнал управления, математическая модель, пьезопакет

Список литературы

[1] Жуков А. П. Динамика отражающей поверхности крупногабаритного зонтичного рефлектора космического аппарата : дисс. … канд. физ.-мат. наук: 01.02.04. Томск, 2016. 157 с.

[2] Ozawa S. Design concept of large deployable reflector for next generation L-band SAR satellite // The 2nd International Scientific Conference Advanced Lightweight Structures and Reflector Antennas Proceedings, Tbilisi, 2014, pp. 43–51.

[3] Zheng F., Chen M. New Conceptual Structure Design for Affordable Space Large Deployable Antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2015, vol. 63, no. 4, pp. 1351–1358. doi: 10.1109/TAP.2015.2404345

[4] Peng Y., Gu X., Wang J., Yu H. A review of long range piezoelectric motors using frequency leveraged method // Sensors and Actuators, 2015, vol. 235, pp. 240–255. doi: 10.1016/j.sna.2015.10.015

[5] Wang L., Chen W., Liu J., Deng J., Liu Y. A review of recent studies on non-resonant piezoelectric actuators // Mechanical Systems and Signal Processing, 2019, vol. 133, no. 106254. doi: 10.1016/j.ymssp.2019.106254

[6] Азин А. В., Кузнецов С. А., Пономарев С. А., Пономарев С. В., Рикконен С. В. Математическое моделирование процесса работы пьезодвигателя типа «Захват» // Космические аппараты и технологии. 2019. Т. 3. № 3. С. 164–170. doi: 10.26732/2618-7957-2019-3-164-170

[7] Азин А. В., Рикконен С. В., Пономарев С. В., Орлов С. А. Линейный реверсивный вибродвигатель. Пат. № 2187888, Российская Федерация, 2019, бюл. № 10.

[8] Azin A., Rikkonen S., Ponomarev S., Kuznetsov S., Maritsky N. Designing a precision motor for the spacecraft reflector control system // AIP Conference Proceedings, 2019, vol. 2103, no. 020001. doi: 10.1063/1.5099865

[9] Наседкин А. В. Моделирование пьезоэлектрических преобразователей в ANSYS : учеб. пособие / Ростов-н/Д : Южный федеральный университет, 2015. 176 с.

[10] Попов В. Л. Механика контактного взаимодействия и физика трения. От нанотрибологии до динамики землетрясений. М. : ФИЗМАТЛИТ, 2013. 352 с.

[11] Храмцов А. М. Напряженно-деформированное состояние взаимодействующих элементов пьезоактюатора : дисс. … канд. физ.-мат. наук: 01.02.04. Томск, 2017. 135 с.

[12] Прочность, устойчивость, колебания : справочник в трех томах. Т. 1 // Под ред. И. А. Биргера, Я. Г. Пановко. М. : Машиностроение,1968. 831 с.

[13] Многослойные пьезоактюаторы [Электронный ресурс]. URL: https://www.elpapiezo.ru/Datasheets/AKTUATORS%20multilayer.pdf (дата обращения: 23.09.2019)

[14] Belkov A., Belov S., Pavlov M., Ponomarev V., Ponomarev S., Zhukov A. Stiffness estimation for large-sized umbrella space reflector // MATEC Web of Conferences, 2016, vol. 48, no. 02001. doi: 10.1051/matecconf/20164802001

Дополнительные сведения

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России, уникальный идентификатор RFMEFI57817X0257

Цитирование данной статьи

Азин А.В., Кузнецов С.А., Пономарев С.А., Пономарев С.В., Рикконен С.В. Моделирование контактного взаимодействия элементов пьезоэлектрического двигателя // Космические аппараты и технологии. 2019. Т. 3. № 4. С. 222-229. doi: 10.26732/2618-7957-2019-4-222-229

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.