微进给刀架中位移放大机构的优化设计

基于压电陶瓷驱动的刀具微进给机构是满足精密加工的重要途径,为进一步增加微进给刀架驱动位移,在微进给刀架中增加一种柔性铰链微位移放大机构,增加压电陶瓷驱动器输出位移。该文设计了4种微位移放大机构,理论计算了静态刚度,利用ANSYS软件对4种微位移放大机构进行了建模和有限元数值仿真分析,对比了不同类型的微位移放大机构的放大倍数、负载能力和应力情况等静态特性,为优化设计刀具微进给机构打下良好基础。     

压电谐波电机位移放大机构的设计

压电谐波电机是一种基于谐波传动原理的新型低速电机，它由压电波发生器、柔轮、刚轮等组成。压电波发生器由八组以上压电驱动器及弹性铰链位移放大机构组合而成。该文在研究了杠杆、三角、压曲三种位移放大原理后，根据这三种放大原理设计出压电谐波电机的弹性铰链一体化位移放大机构。分析了影响放大机构性能的因素。介绍了放大机构的制造方法。     

基于三角位移放大机构的压电制动器研究

提出了一种应用于压电制动器的微位移放大机构,该机构以叠层压电陶瓷为驱动元件,通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构,放大叠层压电陶瓷的输出位移。分析了放大机构的运动及放大机理,建立了制动系统的力学模型,并利用ANSYS软件建立机构有限元模型进行仿真,在试制样机上对其输出特性进行了实验。实验测试结果表明,该机构对叠层压电陶瓷输出位移的放大倍数为3.2倍,与有限元仿真得到的放大倍数4倍相近,一阶固有频率为1 814Hz,最大输出力为44.1N(150V电压下),且该机构线性良好、分辨率高、迟滞效应较小。     

一种正交型压电位移放大机构的研究

叠层型压电陶瓷利用逆压电效应可得到精确的微位移量,用作执行器.基于正交三角放大原理设计了一种微位移放大机构.通过有限元法分析设计放大机构,使其将叠层型压电微位移器的位移量放大.研制了样机,并对其进行静、动态性能实验.实验结果表明,该机构各项指标均达到设计要求,证明了设计理论的正确性.     

伺服阀用液压放大式GMA的设计及建模

针对超磁致伸缩致动器输出位移有限,无法直接驱动伺服阀阀芯运动的问题,设计了一种基于柔性活塞的新型液压式微位移放大机构:由超磁致伸缩(GMM)棒驱动大活塞变形,并通过密闭容腔内的油液在小活塞端将GMM棒的输出位移放大。建立了超磁致伸缩致动器及其液压式微位移放大机构的耦合模型,采用弹性小挠度理论,有限元法和液压弹簧刚度理论对放大机构进行了分析和优化,并制作了样机。仿真和实验表明,所设计的液压式微位移放大机构可将GMM棒位移放大3.2倍,所建立的耦合模型较准确,误差在10%以内。     

人工全膝关节置换术后早期感染的治疗

设计一种以压电陶瓷为驱动,通过柔性机构放大输出位移的精密定位工作台.给出了该精密定位工作台的结构模型,建立了精密定位工作台的位置输入输出方程,分析和计算了柔性铰链微位移放大机构的位移放大倍数.通过仿真确定工作台各自由度的变形量与压电陶瓷驱动器伸缩量之间的关系与运动特性.结果表明,该精密定位工作台能实现定位误差为0.1 μm的高精度定位.通过与3点支撑微位移放大机构工作台的比较,显示出4点支撑微位移放大机构工作台可减小交叉耦合的影响.     

新型柔性放大机构的动力学前馈复合控制方法

纳米级精度微位移驱动与控制通常使用压电陶瓷驱动器驱动柔性机构来实现.但是压电陶瓷驱动器行程较小,需要使用柔性放大机构对其位移进行放大,并且压电陶瓷驱动器存在蠕变和迟滞等非线性特性,而这些非线性特性极大影响了其输出位移经放大机构放大后的运动精度.针对以上两点,将传统桥式机构的4条桥臂用Scott-Russell机构代替,...     

大行程无寄生位移柔性压电微夹钳结构设计

该文设计了一种两级放大的新型柔性微夹钳结构,对其位移放大比等特性进行了研究。首先,设计了微夹钳的整体结构,第一级放大机构采用杠杆机构,第二级采用半桥式放大机构。随后,利用刚度矩阵法对微夹钳柔性机构进行建模分析,并建立了平面三自由度的振动微分方程,根据所得方程计算出了微夹钳的位移放大比等特性。最后分别利用有限元和实验方法对模型分析得到的位移放大比进行了验证。结果表明,模型分析、有限元分析及实验的结果较吻合,证明了此微夹钳柔性机构以及建模方法的可行性和有效性。     

微动工作台行程放大结构的设计和分析

研究开发了一种新型的大行程二维压电微动工作台。介绍了弧曲位移放大机构的工作原理,分析了影响放大机构性能的因素;工作台的柔性铰链、弹性平行导板机构、弧曲位移放大机构,采用一体化设计,实现了大行程,并满足了传动导向的高精度、高稳定性要求;与采用杠杆放大的二维工作台作了简单比较,对各自的优缺点作了客观分析。     

柔性压电式微位移机构动态特性的实验研究

设计了一种压电式微位移机构,采用对称杠杆式柔性铰链放大机构对压电陶瓷输出位移进行放大,弥补了压电陶瓷位移行程过小的缺点.对微位移机构力学模型和压电陶瓷驱动器的动态特性进行了分析,指出压电陶瓷驱动器动态响应的迟滞非线性是影响压电式微位移驱动器控制性能的一个关键因素,直接关系到控制精度的提高,必须采取适当的控制算法予以修正.采用前馈控制同数字PID控制相结合的复合控制算法对柔性压电式微位移机构的控制过程进行校正补偿,建立了动态特性的闭环校正控制系统.实测结果表明,机构的动态响应时间显著缩短,实现了机构的快速响应.     

具有柔性铰链的差式微位移放大机构的受力分析

通过对差式微位移放大机构的分解简化,应用叠加的方法推导出了形式上比较易于求解的机构放大倍数的计算公式。该公式的计算结果与有限元法的计算结果比较接近,可用于类似机构的设计计算。     

一种低耦合位移动镜支撑机构静动态性能分析

为控制FTIR光谱仪中迈克尔逊干涉仪的动镜做一维的精密直线运动,研究了一种低耦合位移的动镜支撑机构。利用单平行和双平行四杆机构的优点,基于柔性铰链设计了一种动镜支撑机构。根据材料力学及机构动力学理论,对基于压电陶瓷（PZT）驱动器驱动的动镜支撑机构系统的静、动态性能进行了分析。仿真结果表明,低耦合位移动镜支撑机构在外力对称作用时无垂直耦合位移,在外力偏移1 mm非对称作用时其耦合转角的数量级（以度为单位）为10-6;在输出相同位移时,动镜机构的最大应力约为双平行四杆机构的0.5倍;动镜机构的基频f为211.3 Hz,PZT驱动器和动镜机构构成的机电系统的固有频率fn为823.7 Hz,fn约为f的4倍,满足动镜支撑机构系统的动态性能要求。该研究为后续的进一步研究打下了基础,具有一定的工程价值及理论指导意义。     

蜂巢柔性导向结构设计及分析

柔性铰链导向机构作为压电驱动器基本导向及保护单元,被广泛应用于各类复杂柔性机构中,然而现行导向机构仍存在许多不足。该文设计了一种基于蜂巢柔性铰链的对称结构用于压电驱动器运动导向,采用有限元法详细分析了其动静态运动特性。着重研究了机构性能对关键结构参数的依赖规律,给出了相应经验设计公式以用于指导其参数最优设计。所设计的蜂巢柔性导向机构具有机构紧凑,易于实现大行程导向,反应速率快等优点,具有重要的工程实用价值。     

新型混合柔性铰链柔度研究

提出了一种新型双曲线直圆混合柔性铰链。利用卡氏第二定理推导出双曲线直圆混合柔性铰链的柔度计算公式,并根据所推导的公式,分析了直圆半径、最小厚度和切割深度对其柔度的影响。同时采用实体单元建立双曲线直圆混合柔性铰链的有限元模型,对不同几何参数的铰链进行仿真分析,并对仿真解与解析解进行对比。结果表明:仿真解与解析解的最大误差在8%以内,证明了所推导公式的正确性;与不同形状的柔性铰链对比得出,双曲线直圆混合柔性铰链具有更好的转动能力和对载荷较高的敏感性。所设计的新型双曲线直圆混合柔性铰链更适用于快速反射镜支撑结构中,同时也为混合型柔性铰链的设计和优化提供了理论依据。     

Design and dynamics of a 3-DOF flexure-based parallel mechanism for micro/nano manipulation

This paper presents the mechanical design and dynamics of a 3-DOF (degree of freedom) flexure-based parallel mechanism. Flexure hinges are used as the revolute joints to provide smooth and high accurate motion with nanometer level resolution. Three piezoelectric actuators are utilized to drive active links of the flexure-based mechanism. The inverse dynamics of the proposed mechanism is established by simplifying flexure hinges into ideal revolute joints with constant torsional stiffnesses. Finite element analysis is used to validate the performance of the proposed 3-DOF flexure-based parallel mechanism. The interaction between the actuators and the flexure-based mechanism is extensively investigated based on the established model. Experiments are carried out to verify the dynamic performance of the 3-DOF flexure-based mechanism.     

基于柔性铰链结构的三维模拟测头设计

在研究分析一般模拟测头结构的基础上,通过利用材料力学等方面的知识建立一维柔性铰链导向机构的几何模型,在此基础上设计出新型三维柔性铰链结构,并将其应用于新型三维模拟测头设计之中。给出新型一体化三维模拟测头的基本结构,并设计出相互独立的测头平衡调整机构。同时,得到符合此三维测头测量原理的一般数学模型。     

压电驱动三支链六自由度微动机器人机构设计

为简化6支链并联微动机器人结构、减小其装配误差,提出了压电陶瓷驱动的3支链6自由度并联微动机器人结构。采用整体式下平台和3条两端带有柔性球铰链和单轴直圆柔性铰链的支杆,使结构紧凑并有利于提高精度。在分析逆解的基础上,根据工作空间要求设计了整体尺寸。根据柔性铰链选取原则,对直角平板和支杆处柔性铰链进行尺寸选择,采用有限元分析对整体刚度进行分析和安全校验。样机测试结果表明了设计的可行性。