超精密柔性压电式微位移机构的研究

设计了一种超精密压电式微位移机构,此机构以压电陶瓷作为驱动器,以对称杠杆式柔性铰链放大机构作为导向机构,弥补压电陶瓷位移行程过小的缺点.机构输出位移由原来的11.6μm放大到100μm,能够满足许多长行程、超精定位运动的需要.对此微位移机构进行定位精度测试,并将它作为位移补偿装置安装于精密滚珠丝杠副驱动的机床上,机床定位精度由原来的1μm上升到0.01μm,定位精度得到显著提高.     

压电双晶片型微位移放大机构研究

介绍了以压电双晶片作为驱动元件,由三角放大机理构造的柔性铰链机构作为位移输出的微位移放大机构.通过理论计算、建模等对微位移放大机构进行设计,制作了微位移放大机构的样机,并进行了试验.对得到的测试数据进行分析,研究结果表明,采用压电材料作为精密设备的驱动元件性能良好,所研制压电双晶片型微位移放大机构原理,可推广应用到其他...     

压电式微位移机构的现状与趋势

在精密和超精密加工与测量、大规模集成电路制造、微型机械制造、扫描隧道显微镜微测量以及精密光学工程等诸多尖端科技领域中,当运动分辩率达到亚微米级或纳米级时,压电式微位移机构在微进给定位上体现出了自身的优势。本文在介绍压电材料驱动原理的基础上,重点介绍了国内外压电式微位移机构的研究现状和一些典型样机。比较了压电式微位移机构的特点．提出了压电式微位移机构研究方向和应用趋势及应注重的问题。     

压电驱动微位移放大机构放大特性的研究

对于微小扭矩加载系统中的压电驱动微位移放大机构,建立了精确的有限元模型,对微位移放大机构在不同驱动力下的位移输出,利用有限元分析软件Nastran 2001进行了仿真分析,得到了较为准确的特性参数放大比,实验结果验证了仿真分析的准确性。     

压电陶瓷微位移机构系统精密驱动电源的研究

本文介绍了压电陶瓷的微位移机构系统。并对机构系统的精密驱动电源进行了深入的研究、提出了一种新型的微机控制的开关式精密驱动电源。该电源克服了传统的串联型晶体管稳压电源功耗大、效率低和散热性差等缺点、实现了输入电压为０～５Ｖ时、输出电压在０～３００Ｖ范围内连续可调．具有５０ｍＶ的高分辨率和较为理想的静特性、其线性相关系数为０．９９９８，纹波电压小于±１０ｍＶ，电源在３．８ＫＨｚ范围内频响特性很好。     

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。     

基于压电陶瓷的摩擦式微进给机构的设计

采用摩擦驱动工作原理设计了大行程、高分辨率的步进式进给机构,该机构是压电陶瓷驱动的、滚珠丝杠传动并结合空气静压导轨实现微量进给;采用柔性4杆机构设计了压电陶瓷驱动的可调式预压装置;用有限元方法分析了柔性铰链的静态特性;对微进给机构的传动特性进行了详尽分析。     

一种微位移放大机构的设计与仿真

根据差式杠杆位移放大原理设计了一种新型微位移放大机构.计算和推导了该位移放大机构的位移放大倍数和静态刚度,分析了柔性铰链结构参数对微位移放大机构刚度的影响,并对理论计算结果和ANSYS仿真结果进行了对比.结果表明,理论计算值和有限元仿真结果之间存在一定的差异.     

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。     

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。     

宏微直线压电电机微驱动机构设计与分析

为了解决宏微驱动直线压电电机微驱动位移较小、对宏动定位误差的补偿能力不足的问题,提出一种宏微驱动钹型直线压电电机。采用钹型复合压电叠堆为驱动单元替换压电陶瓷片组成的压电叠堆,实现轴向位移的一次放大,通过弹性拨齿的柔性铰链结构将钹型压电叠堆输出的微位移二次放大。该电机可在特定的驱动频率、工作电压和相位差下实现振子振动模态下的超声驱动,也可以通过微位移放大机构实现静态变形的微驱动(蠕动)。建立了该直线压电电机的三维有限元模型,利用有限元软件分别对弹性拨齿、钹型压电叠堆和复合振子进行静力学分析和静态优化设计。有限元仿真表明:基于柔性铰链结构的弹性拨齿经过优化后,最小刚度小于钹型压电叠堆的最小刚度;在相同条件下,优化后钹型压电叠堆沿轴向方向的静态变形量比由压电陶瓷片组成的压电叠堆的静态变形量提高了8.45倍;采用基于柔性铰链结构的弹性拨齿和钹型压电叠堆组成的复合振子的拨齿质点沿水平方向的静态位移量比优化前提高了12.1%,大幅提高了微驱动对宏动定位误差的补偿能力,为压电电机微驱动的结构设计及优化提供依据。     

压电电机的设计与实验研究

基于对压电陶瓷材料的特性研究,利用压电陶瓷的逆压电效应,压电陶瓷双晶片通过组合设计得到压电驱动元件,分析了在电激励条件下,压电陶瓷双晶片悬臂端振动通过摩擦力和惯性力驱动转子转动并输出转距的原理,研制了一种基于摩擦式的压电电机.研究了压电电机输出转速、转矩特性与激励电压频率之间的关系,试验表明:压电电机具有良好的输出特性,响应快、发热很少、转动平稳且可实现双向回转,结构简单,容易实现闭环控制.此设计为进一步研究实用的小型化、低成本、高效率的压电电机提供了一种新的设计方法.     

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.     

压电双晶片作为驱动的精密定位机构研究

设计了一种用柔性铰链作为弹性导轨,压电双晶片作为驱动器,结合三角型放大原理实现的精密定位机构,并采用精密电感式微位移传感器（LVDT）进行位移检测。实验表明,该精密定位机构运动范围为0～25μm,定位精度达到15nm。     

新型蠕动式微细电火花加工机构

阐述了小型微细电火花加工机构的研究现状。针对现在遇到的主要问题,设计开发了一种新型的管状结构蠕动式微细电火花加工机构。介绍了该新型机构的原理和实现方式,并对其主要部件进行了理论建模和有限元分析。该新型机构能够对微细电极进行较为有效精确的夹持和定位,响应速度较高,其结构对称,紧凑可靠,可以实现从任意方位任意角度进行加工,有较高的实用价值。     

双柔铰导向式非共振压电直线电机

光波导封装等领域对拥有大行程、高精度以及高分辨率的微位移平台有大量需求,在研究微位移平台的过程中设计了一种双铰链导向式非共振压电直线电机。简述了电机的工作原理,完成了电机的结构设计,制作出电机的样机并完成相关的实验,实验设备主要有信号发生器、功率放大器、示波器和激光位移传感器等。实验表明,电机最大速度达到10.36mm/s,分辨率达到0.3μm,理论最大输出推力达到8.33N,电机设计达到预期目的。     

压电式移相器的研究

对压电式移相器进行了研究，设计了具有放大特性的柔性铰链式移相器。采用了神经网络PID自适应控制方法，改善了非线性，降低了环境干扰的影响，提高了压电式移相器的性能。     

双足压电直线作动器结构优化与实验

为提高双足压电直线作动器的有效驱动,增强作动器中二级杠杆微位移结构和柔性铰链的放大能力,对作动器的结构参数进行优化。首先,对二级杠杆微位移机构的放大倍数进行理论计算,基于ANSYS完成作动器定子作动仿真过程;其次,通过仿真分析发现,在作动器定子中综合使用直圆型柔性铰链和直梁型柔性铰链,会使作动器定子放大倍数得到优化,最优铰链参数对应的放大倍数为8.131;最后,制作了该作动器样机并进行了定子驱动足振幅测试,两驱动足的振动相对稳定。实验结果表明,驱动足I,II的位移振幅在60和63μm的上下范围浮动,与实际相符合。与现有的压电直线作动器相比较,该作动器结构简单,易于安装调试,具有大振幅驱动和运行稳定等特点。     

机构,驱动,检测一体化的压电陶瓷旋转型驱动器的研究

绍一种结构紧凑、分辩率高、动态性能好、安装方便的压电陶瓷旋转型驱动器。驱动器内部藏有电阻应变式角移传感器，具有机构、驱动、检测一体化物的特点。该驱动器有多个联接结合面，并且结构要素一致，可以方便地与其他旋转型驱动器或直线型驱动器组装成多自由度的微驱动机器人系统。