Для преодоления ограничений существующих пьезоэлектрических двигателей, которые трудно одновременно обеспечивать высокоскоростное движение и высокоточное позиционирование, был разработан пьезоэлектрический двигатель с модой продольного сдвига на нескольких масштабах. Работа в двух режимах — квазистатическом и резонансном — удовлетворяет двойные требования скорости и точности в области прецизионного привода. Двигатель использует статорную структуру, комбинирующую продольный вибрационный преобразователь (основанный на эффекте d₃₃ пьезокерамики) и сэндвич-структуру сдвигового преобразователя (основанного на эффекте d₁₅). Совместное ортогональное колебание на одной частоте формирует эллиптическую траекторию движения приводной ноги. Ключевые параметры были оптимизированы методом конечных элементов: в квазистатическом режиме жесткость первого звена шарнира была установлена на 16,66 Н/мкм для повышения эффективности перемещения; в резонансном режиме параметры конструкции были скорректированы для достижения вырожденности мод продольных (7 829,6 Гц) и изгибных (7 860,7 Гц) колебаний. Экспериментальные результаты показали: при квазистатической активации (частота 800 Гц, предварительное давление 0,38 Н) минимальное разрешение смещения составляет 39 нм, максимальная скорость — 0,95 мм/с; при резонансной активации (частота 6 780 Гц, фазовый сдвиг 30°) максимальная скорость без нагрузки достигает 125,33 мм/с, максимальная нагрузка 0,45 Н. Этот двигатель значительно превосходит традиционные однорежимные двигатели как по скорости (125,33 мм/с), так и по разрешению (39 нм), решая проблему несочетаемости высокой скорости и высокой точности, и предоставляет эффективное техническое решение для прецизионного позиционирования на нескольких масштабах.

пьезоэлектрический двигатель; продольный сдвиг; мульти-масштабный привод; пьезокерамика; квазистатический режим