压电驱动液压放大式喷射系统

为了实现高速度高精度的非接触喷射式点胶,设计了一种压电驱动液压放大式喷射系统。该系统采用压电叠堆作为驱动源,基于液压放大原理放大压电叠堆的输出位移来实现胶液的喷射。对液压放大单元进行了理论分析,并结合压电叠堆的输出位移对液压放大单元进行了参数化设计;然后,利用激光测微仪分别测量了撞针和压电叠堆的位移,得到了液压放大单元在不同电压下的输出位移。最后,搭建了喷射系统实验平台,选用黏度为1 000cps的环氧树脂进行点胶性能测试,得到了驱动电压和高低电平时间对胶点体积的影响规律。实验显示,该喷射系统可稳定地实现每秒喷射143个胶点,胶点的体积误差可控制在±3.11%以内,是适用于电子封装行业的高效、高精度点胶方法。     

全柔性微位移放大机构的设计与分析

微机械放大器中常采用全柔性微位移放大机构来实现输出位移的放大,且大多采用短臂柔性铰链连接各构件。设计了一种对称的长柔性杆微位移放大机构,结合弹性力学和Bernoulli-Eu-ler假设,推导出该放大机构的力位移计算公式及放大比公式。对影响该机构放大比的关键因素进行了分析,通过实例分析得到该机构中的长柔性杆角度与输出位移之间的关系。同时用有限元方法对该实例进行了仿真分析,并对两种方法所得结果进行了分析比较。     

压电式喷射点胶阀位移放大机构的优化设计

采用有限元软件ANSYS对叠堆式压电陶瓷以及放大机构性能特性进行分析,研究了叠堆式压电陶瓷0-200V电压下的伸长特性;建立了放大机构的参数化模型,重点分析了放大机构位移输出特性,讨论了影响输出位移大小的各个结构参数。研究表明,三角块长度L0和压电陶瓷间距t对放大机构输出位移影响较大,是放大机构的主要参数。为点胶阀位移放大机构结构设计和优化提供了参考。     

垂直型多级位移放大机构设计与力学解析建模

针对压电位移放大机构在垂直方向较难实现大行程、高频带宽度的问题,结合两个复合菱形机构、两个杠杆机构以及一个普通菱形机构,提出了一种垂直型多级位移放大机构。基于能量守恒方法和弹性梁理论建立了位移放大比和输入/输出刚度解析模型,根据拉格朗日方程推导了固有频率解析模型。通过有限元法对解析模型进行了验证,所建立的位移放大比解析模型有较高的预测精度,可为大行程垂直型柔顺平台的优化设计提供参考。与文献中的位移放大机构性能对比结果表明,提出的垂直型位移放大机构具有更好的静动态平衡性能,其位移放大比可达43.29,同时保持一个较高的固有频率561.28 Hz。     

新型双臂菱形压电柔性机构理论设计与建模

针对目前传统菱形位移放大机构的输出刚度、固有频率和位移放大比无法同时提高的问题,提出了一种双臂复合菱形柔性机构,并介绍了其理论设计与建模方法。基于欧拉-伯努利梁理论和卡氏第二定理,推导出双臂复合菱形柔性机构的位移放大比和刚度解析模型,利用拉格朗日方程建立了该柔性机构的固有频率解析模型,并通过商业有限元软件验证了解析模型的准确性。根据理论计算结果,通过电火花切割工艺加工出复合柔性机构,并与相同尺寸参数的传统菱形位移放大机构进行实验比较研究。实验结果表明,压电双层臂柔性机构的固有频率为1330Hz,位移放大比为4.2,同时提高了固有频率和放大比。此外,所建立的位移放大比和固有频率力学解析模型可以为新型压电柔性机构的优化设计提供理论指导。     

压电叠堆泵微位移放大机构的试验研究

提出了一种应用于压电叠堆泵的微位移放大机构,该机构以压电叠堆(积层式压电微位移器)为驱动元件,通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构,放大压电叠堆的输出位移.同时,设计、研制了实验装置,并在试制样机上对其静、动态特性进行了实验.实验测试结果表明,该机构具有线性良好、高分辨率和高频响应等特点.     

精密小转矩加载机构的研制

研制了一种压电驱动的柔性铰链微位移放大机构，以满足航天微型扭杆刚度测试装置中实现精密小转矩加载的要求，时这种机构建立了精确的有限元模型，运用有限元方法对这种的机构的强度和放大比进行了校核和分析。该机构具有350μm的行程，位移分辨率大于0．25μm，最大输出力不低于4N，满足了测试装置的要求。     

双压电驱动高频喷射点胶阀的设计与实验

为了满足电子封装产业对胶体高速、微量分配的需求,设计了一种基于圆弧柔性铰链放大机构的双压电陶瓷驱动喷射点胶阀。首先,利用有限元分析软件对放大机构输出位移和模态进行了计算与分析。针对其高频需求,讨论了结构参数对其影响因素。基于微元法并结合喷嘴内胶体动力学分析,建立了喷嘴内胶体喷射的流体力学模型。结合阀杆与阀座配合的仿真模型,利用FLOW-3D的流固耦合仿真,揭示了喷射点胶时胶点的成型过程。在此基础上探究了胶体喷射时喷嘴处压力的变化与流速的关系,为点胶阀参数的控制和优化奠定了基础。最后,搭建了喷射系统实验平台,选用黏度为180cps的胶体进行点胶性能测试,得出了供料压力和驱动方波频率对胶点尺寸的影响规律。实验结果显示,在供料压力为6bar,驱动方波幅值频率360Hz等参数下,获得胶点最小直径为525μm。同时,在380～400Hz的频率区间内进行高频喷射实验,能够获得均匀微小的圆形胶点。实验结果验证了该圆弧柔性铰链放大机构的双压电驱动点胶阀的高频、微量喷射性能,为压电高频喷射点胶的应用和研究提供了参考。     

三自由度压电叠堆微位移放大机构的研究

提出一种应用于压电叠堆的微位移放大机构,该机构以压电叠堆为驱动元件,通过基于杠杆原理的柔性铰链二级放大机构,放大压电叠堆的输出位移,在互相垂直的三个自由度方向上通过磁性部件连接,实现三自由度方向上独立的位移输出。同时,通过仿真和试验,对其静态特性和动态特性进行研究。试验测试结果表明:该机构对压电叠堆输出位移的放大倍数达到5倍,三个自由度方向上的位移互相没有影响,并且该机构具有线性良好、高分辨率和高频响应等特点。     

压电位移放大机构的力学解析模型及有限元分析

研究了压电位移放大机构的运动学和动力学建模问题。基于能量守恒原理和弹性梁弯曲理论推导了桥式位移放大机构的位移放大比等静力学解析模型;在此基础上,通过拉格朗日方程建立了桥式位移放大机构的固有频率解析模型。通过有限元计算验证和分析了提出的解析模型的可行性和优越性,并与国内外典型的位移放大比数学模型进行了比较。结果表明:由于本文提出的模型考虑了位移放大机构的拉伸和弯曲变形,并且摒弃了国内外普遍采用近似几何关系进行数学推导的思路,因此所建立的位移放大比解析模型精度更高;固有频率解析计算结果与有限元模态分析结果的相对误差约为5%。得到的结果显示:本文给出的建模方法以及位移放大比、固有频率等解析模型可为柔性机构的优化设计和研制提供依据和参考。     

应用于压电叠堆泵的微位移放大机构

提出了一种应用于压电叠堆泵的微位移放大机构,该机构以压电叠堆(积层式压电微位移器)为驱动元件,通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构,放大压电叠堆的输出位移。同时,设计、研制了实验装置,并在试制样机上对其静、动态特性进行了实验。实验测试结果表明:该机构对压电叠堆输出位移的放大倍数达到5倍,并且该机构具有线性良好、高分辨率、高频响应等特点。由有限元分析得到的固有频率达到了1.8 kHz,实际测量的固有频率为1.5 kHz。     

基于交叉簧片柔性铰链的空间微位移机构

基于交叉簧片柔性铰链(简称‘交叉铰链’)设计了一种用于光束跟踪、精密指向和瞄准的同轴八铰微位移放大机构。该机构使用菱形构型,用交叉铰链作集中柔性元件,节点处交叉铰链两两同轴配合使用,以便保证运动的平稳输出。研究了机构的运动学以及力学性能,计算了微位移机构的行程放大比和灵敏度;根据交叉铰链的刚度模型,推导出微位移机构的理论刚度;最后,应用有限元软件对机构进行建模并对运动学、静力学以及动力学性能进行仿真。完成了样机的加工和测试,测试结果显示,机构放大比为1.905,理论与测试误差低于2.2%,结构刚度为18.21N/mm,误差低于0.32%,一阶频率为8.8Hz,误差低于5%。分析结果验证了本设计的可行性和有效性。该机构适用于空间高精度微位移领域。     

柔性微位移放大机构的结构特征分析与改进设计

针对柔性微位移放大机构的结构特征进行分析,利用一组具有不同连杆长度及倾角的微位移放大机构进行算例分析,指出机构中柔性铰链与连杆组成的组合柔性结构是机构的重要组成部分,其中连杆的长度与其倾斜角的取值影响组合柔性结构的厚度比与长度比,对机构的放大性能起着关键的作用。根据分析结果提出用以提高机构放大比的微位移放大机构设计的一般方法,将其应用于柔性微位移放大机构的改进设计。对改进后的微位移放大机构进行放大性能分析与动力学性能分析,用其结果验证改进设计的有效性与合理性。     

压电驱动微位移放大机构的设计

介绍了几种用于压电驱动的微位移放大原理 ,并简单说明了各放大原理的特点。提出了微位移放大机构设计的原则 ,通过实例说明了位移放大机构合理设计的必要性。     

柔性二级差动式微位移放大机构优化设计

微位移放大机构常常用来扩大压电陶瓷致动器的行程范围。鉴于差动式微位移放大机构具有"小结构大倍数"的特点,设计了一种新型二级差动式杠杆微位移放大机构。应用矩阵表示法对其进行了运动静力学分析,在此基础之上,以柔性铰链的分布位置及其几何特征参数为优化变量,并以提高位移放大比和减小最大应力为目标函数建立一种双目标优化模型。机构经过优化设计后位移放大倍数高达48倍,并对其进行有限元仿真分析,计算结果为44倍,理论模型与有限元模型的误差小于10%。结果表明：提出的优化模型具有准确性和高效性,同样可适用于其他柔性铰链机构的优化设计。     

应用于压电叠堆泵的柔性铰链放大机构的设计和性能分析

研制了一种应用于压电叠堆泵的柔性铰链放大机构,通过有限元方法分析了一些主要机构参数对柔性铰链放大机构输出位移的影响,并对其参数进行了优化设计.在此基础上加工制造了样机,并通过试验验证了其良好的位移放大性能和动态响应特性.     

基于类V型柔性铰链的微位移放大机构

采用新型高精度类V型柔性铰链设计了柔性微位移放大机构,以减小该类机构的寄生运动并提高其动力学性能。对类V型柔性铰链与最常见的高精度直圆型柔性铰链的性能进行了比较;在考虑柔性铰链转动中心偏移量的基础上,基于弹性力学和材料力学理论推导了基于类V型柔性铰链和基于直圆型柔性铰链的两类二级杠杆式微位移放大机构的放大比。采用ANSYS软件,建立了放大机构的有限元模型,验证了位移放大比的理论推导,并对上述两类放大机构的位移放大比、寄生运动和固有频率进行了仿真和比较。有限元分析结果显示：基于类V型柔性铰链的放大机构有着更小的寄生运动和更高的固有频率,且前2阶固有频率分别是基于直圆型柔性铰链放大机构的1.68倍和1.41倍。最后,采用微视觉测量系统测量了两类放大机构的位移放大比和寄生运动。结果表明：基于类V型和直圆型柔性铰链放大机构的放大比和相对寄生运动比分别为4.387、4.529和0.314 7、0.334 2,显示类V型柔性铰链用于微位移放大机构可有效减小寄生运动并提高动力学性能。     

两级对称式柔性铰链位移放大机构的设计与分析

介绍一种新型柔性铰链位移放大机构;对该机构进行了应力分析和位移损失分析,建立了位移放大数学模型,并用有限元分析软件进行了试验验证;计算出位移放大机构所允许的最大输入位移,指出对称式位移放大机构存在着较大的内部约束反力,指出其位移损失与外部负载呈线性关系。     

MEMS微型柔性力-位移传动机构设计

为了提高微机电系统中微执行器的作用距离,设计了一种全硅结构的微型柔性力-位移传动机构,用于放大微执行器的输出位移。建立了传动机构的简化力学模型和有限元模型,并对机构性能的影响因素进行了分析。用深层反应离子刻蚀工艺在硅隔离衬底上成功制备了电热微执行器-微型柔性传动机构样机,并进行测试。结果表明,柔性力-位移传动机构能够有效地放大微执行器的输出位移,实测放大倍数达到18.9,可以极大地扩展微机电系统微执行器的应用范围。     

基于APDL的柔性铰链位移放大机构

针对压电陶瓷微位移驱动器输出位移范围小的局限性,应用柔性铰链位移放大原理,设计了一种柔性铰链微位移放大机构,提出了柔性铰链杠杆放大机构的参数化数学建模方法,并采用ANSYS参数化程序设计语言（APDL）编写了柔性铰链杠杆放大机构的建模和仿真分析程序。仿真试验表明,所设计的柔性铰链杠杆放大机构的输入位移与输出位移线性度高,实际放大位移与理论值相差5％,完全可以满足机构的微位移放大要求。