微型纳米马达设计毕业设计开题.docVIP

微型纳米马达设计毕业设计(论文)开题报告 题　　目 微型纳米马达设计 学生姓名 XXX 班级学号 111111 专业 电气工程及其自动化 对指导教师下达的课题任务的学习与理解 科学技术向微小领域发展，由毫米级、微米级继而涉足纳米级，人们把这个领域的技术称为纳米技术。纳米技术是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域，它研究和控制物质结构的功能尺寸或分辨能力，微米到纳米尺度，它汇集电子、机械、材料、制造、测量，以及物理、化学和生物中新生长出的微小和微观领域的科学技术群体。是一个非常重要又非常活跃的技术领域，它将会带动许多相关学科的发展。纳米技术关系到国家科技发展、经济和国防建设的未来，是国家和国防的关键技术。 本课题是应用压电晶体的剪切效应来实现电机轴心位移一个纳米级单位。给剪切压电陶瓷叠堆依次加上电压后，在电场作用下伸缩，而后同时撤掉所有陶瓷叠堆的电压，这时陶瓷叠堆要还原没有伸缩前的状态，而蓝宝石棱柱将在摩擦力的作用下产生一个纳米级单位的位移。（仔细阅读一下资料，核对马达是否是如此工作的？此外，将你的理解展开阐述一下，稍微详细一些。） 阅读文献资料进行调研的综述 2.1 压电理论 　根据晶体几何外形的有限图像，可以把所有的晶体分为32种点群，用以描述晶体宏观对称性。在32种点群中属于晶体电介的点群有21种是不具有中心对称性，其中除立方的432点群外，具有这类结构的晶体都具有压电性，属于压电材料。在20种具有压电性的晶体中，从对称性关系分析，其中10种点群具有极轴。所谓极轴，通常是沿晶体轴向的两端具有不同的物理性质，而且用对称操作不能与晶体其他分析生命的轴向，所以称之为唯一的轴向，故称极轴。具有极轴的晶体点群是1，2，m,mm2,4,4mm,3,3m,6,6mm。这类晶体表现出自发极化方向转到相反方向，在介电强度允许条件下，可形成电滞架线（图2－1）。这类晶体材料称为铁电材料。 由上述可知，具有铁电性的材料一定有压电性，但反过来却不一定成立例如铁电材料BaTiO有压电性，但压电材料SiO单晶却没有铁电性，不是铁电材料。铁电材料的发现已有多年的历史。不过近年来由于信息、生命科学的发展，特别是20世纪80年代提出智能、机敏材料与结构之后，压电、铁电材料的研究又有了新的热点。 当把电能输入到压电驱动器时，可由材料直接转变为位移或其它形式的机械能。自然，驱动器的材料还包括碰致伸缩材料、光致辞伸缩材料以及形状记忆合金等。但是由于压电陶瓷和铁电材料作用力大、响应快、频率范围宽等一系列优点而广泛应用于精确定位系统。这类电机（耦合）驱动器最重要的参数是电场诱发的应变。已经证明，能量密度是驱动器每单位质量传递能量的量度，计算公式如下： 　　　　e=[ （2－1） 式中：e为能量密；Ｅ为驱动器材料的弹性模量；S为电场诱发的最大应变；为驱动器材料的密度；1/4为适应系数。 在设计驱动器时，应变能量密度应尽可能大。对电控陶瓷的不同改性材料，材料密度和弹性模量变化很小，因此，应变能量密度计算中决定性的参数是在合理的电场强度作用下，材料的应变水平以及可能的最大应变。因而，与压电陶瓷参数相关的就是压电常量。 　　在石英晶体上施加力（拉或压）时，在与力法线方向垂直的平面内出现正、负束缚电荷。这种现象称为压电性。而这种由机械能转换为电能的过程，称为正压电效应。这种效应常用于测力的传感器中。常用的力－电转换方式有三种，如图图2－2所示，分别称为：压电性的纵向效应，力作用方向和形成的电场方向一致；横向效应，力作用方向和形成的电场方向垂直；剪切效应，力作用方向和剪切形成的电场方向垂直。 反过来，要是把电场加到压电晶体上，则晶体在电场作用下产生应变。这种由电能转换成机械能的过程称为逆压电效应。 2.2剪切压电叠堆纳米马达的结构和工作原理 2.2.1结构 　剪切压电叠堆马达由于其在低温和超高真空环境下极高的刚性和稳定性而被广泛的应用。其基本结构示意图如图2－3所示，移动的部分是一个蓝宝石棱柱，当中包含有一个压电扫描管。此纳米马达是通过6个压电陶瓷叠堆的剪切效应来实现步进的。如图示，4个剪切压电陶瓷叠堆固定在可加工陶瓷制的马达基座的内壁上，另外的2个固定在一个可加工陶瓷片上，用一个弹簧片通过一个红宝石圆珠将其压在蓝宝石棱柱上。这样6个剪切压电陶瓷叠堆对蓝宝石棱柱产生的压力近似相等，相互抵消，就能固定蓝宝石棱柱。 2.2.2工作原理 　在一个剪切压电陶瓷叠堆上施加一个固定的电压信号，由于剪切压电陶瓷的剪切效应，就会在平行于蓝宝石的径向伸缩，而此时由于另外5个剪切压电陶瓷叠堆没有施加电压信号，以致产生的剪切力不足以克服另外5个剪切压电陶瓷叠堆对蓝宝石棱柱的摩擦力，所以施加电压信号的剪切压电陶瓷叠堆将会相对于蓝宝石棱柱滑动；同