摘要:
精细机械策略的禁食驻扎军队,然后添加流动膨胀压电的堆的输出流动,举起了一种本二级杠杆和灵活性铰链复合构架的时新双足压电的垂线电力机械。率先,剖析了电力机械的任务绝对的纪律信奉者。,由来了球棒足轨迹方程。。预付其输出机能,对直圆灵活性铰链的决定因素举行了最优化。,粹铰链决定因素为厚度th=0.2 mm、割切半径Rh=1 =millimicron宽bh=10 mm。足够维持,触发某事电力机械样机并举行幅值测。、事业和加重于机能试验,本标准的试验法对电力机械激增举行了剖析。,唤起或开发出张力对电力机械事业的感染更敏捷。试验后果弄清:,我开足、II的流动振幅辨别出为75。 μm和63 M邻近的动摇,差数约为12。 μm;120 V、110 Hz以信号告知由16.163激起。 mm/s,最大加重于最大限度的为1.7 N。眼前的压电的垂线电力机械的绝对地,电力机械构架简略。,照管镶嵌调试,禁食应唱圣歌、大振幅、快车道不乱运转的特点。

Double-foot piezoelectric linear motor with secondary lever and flexure hinge composite structure

Abstract:
In order to improve the rapid positioning of precision mechanical devices and the amplification ability of displacement amplification structures for the output displacement of piezoelectric stacks in piezoelectric linear motors, a new kind of double-foot driving piezoelectric linear motor with secondary lever and flexible hinge was 举起. First, the operating principle of the motor was analyzed and the trajectory equation of the driving feet was 确切地阐述。 Next, the parameters of the straight circular flexure hinge were optimized in order to improve the output performance; the optimal hinge parameters obtained were thickness th=0.2 mm, cutting radius Rh=1 mm, and width bh=10 mm. Finally, the prototype motor was designed, and the amplitude, speed, and load performance were 尺寸。 The motor speed was analyzed based on the orthogonal test method; our analysis revealed the sensitivity of the motor speed on the 张力。 Our experimental results revealed displacement amplitudes of the driving feet Ⅰ and Ⅱ in the range of 75 μm and 63 μm, respectively, i.e., the difference is about 12 μm. Furthermore, the speed was observed to reach 16.163 mm/s under a voltage of 120 V and a signal excitation of frequency 110 Hz, and a maximum load capacity of 1.7 N was 走快. Compared with existing piezoelectric linear motors, our motor possesses the advantages of a simple structure, easy installation and debugging, fast response, large amplitude, high speed, and stable 处置或负责。

Key words:

double-foot piezoelectric linear motor    
piezoelectric stack    
secondary lever    
flexure hinge    
orthogonal test    

1 小引

最近几年中,尾随科学技术的开展和提高,航空航天、拟态科学技术、精细机械、医学、在人造卫星域名,新技术的驻扎军队容量。,照着必然的一种高准确度的球棒策略。[13]。与习俗电力机械相形,非共振式压电的垂线电力机械具有性能、弥撒曲、驻扎军队准确度、应唱圣歌工夫和功耗等优点已记下异国专心致志。。停飞基谐波的,电力机械可分为直驱式。、流动膨胀型、作线环的装置和迟钝摩擦,流动膨胀压电的原动者具有大里程。、构架简略等优点。

眼前,流动膨胀压电的汽车的更多的探索[411]。海林李[6]举起了一种双球棒压电的垂线电力机械。,该电力机械采取四组(两组标准的)压电的叠堆举行球棒,然而电力机械球棒的振幅较小。,事业单调的。苏钊[7]举起了一种由方波球棒的双足压电的垂线电力机械。,电力机械采取双决定因素镶嵌。,评定手势和夹紧构架的手势暗打中相干,至高的事业为0.502 mm/s,记下很大的鼓励,但其球棒脚振幅依然较小。。

灵活性铰链没自主和机械摩擦。、高手势敏捷度的优点触发某事了异国的关怀。。灵活性铰链构架通常与膨胀机构相结合。,它首要用于兑换布局打中流动。,以预付机构对流动的膨胀功效。眼前,一种经用的膨胀机构,具有平方膨胀机构。、杠杆膨胀机构、锯齿形的膨胀机构和紧缩膨胀机构等。[1216]。卢倩[17]以及静止人举起了一种二级杠杆式灵活性铰链膨胀比的计算办法,柔度比决定因素的理念,举行了互插装病和试验认可。。在是你这么说的嘛!探索任务中,非常朴素探索二级杠杆灵活性铰链的最优化,它不快用于压电的垂线电力机械球棒器。;设计了一种双足球棒压电的垂线电力机械。,然而压电的堆自己的输出流动很小。,电力机械的膨胀率缺乏,在缺陷。,电力机械激增的禁食驻扎军队,照着,开展高振幅膨胀比是必然的的。、一种时新大事业双压电的垂线电力机械的探索。

本文本二级杠杆和灵活性铰链复合构架,非共振式压电的垂线电力机械结成流动膨胀。预付电力机械的输出机能,电力机械决定因素垂线圈出灵活性铰链的最优化设计,然后装病探索记下粹的灵活性铰链决定因素。然后试验对电力机械的振幅举行了尺寸。、事业、加重于等特点,认可了时新双足球棒电力机械的能够性。,为压电的垂线电力机械的探索抚养了新的思绪。。

2 双足压电的原动者球棒机构 任务绝对的纪律信奉者

压电的垂线电力机械任务绝对的纪律信奉者如图 1所示,图一,b,C和D辨别出对应于有区别的的任务州。,Ⅰ,Ⅱ为压电的垂线电力机械决定因素上的两个球棒足,有4套球棒元件(压电的堆)用于在,大约数字鱼贯是1。,2,3,4,在结局叙说任务绝对的纪律信奉者时归结起来压电的叠堆时便用这些数字取代。图 2球棒以信号告知时序图,全正向影响张力,使无效压电的叠层的损坏。在东西使轮转的压电的垂线电力机械球棒的进程是::

在A的使适应,2用于迫使张力,产生流动,用灵活性铰链和杠杆印记流动,使得我开足与动子碰到并压紧。

在从州到B州的替换进程中,在2激起张力常数的使适应下,1和3同时专心致志,辨别出产生流动,用灵活性铰链和杠杆印记流动。1产生的流动使得我开足引导动子沿X对成轴的手势α流动;3的流动使驾驭脚一起使感动。X靠人行道的的成轴的手势α流动。

在从B态到C态的兑换进程中,在不变迫使张力下的1和3的使适应,去除痛苦的经历到2的迫使张力,将迫使张力痛苦的经历到4。2电源断开回复初始构成,过后产生压缩物气象。,一头栽下我开足与动子脱碰到;4流动,球棒脚II碰到和控制。

从C态到D态的兑换进程,控制励磁张力不变在4,同时去除1和3的励磁张力。电源毛病回复的1种初始花样;由于球棒脚II与致动器碰到。,3由电源毛病回复到初始毛病触发某事的缩减X正式的的成轴的使感动α流动。

在从D州到州替换的进程中,励磁张力被痛苦的经历到2,革除4励磁张力,球棒脚II脱手势,我开足碰到且压紧动子。

因而,在时间的长短工夫内,导游将尾随X正式的的成轴的使感动2α压电的垂线电力机械在东西到处打中流动。。

踏脚轨迹方程

停飞电力机械球棒脚和三角波的手势绝对的纪律信奉者,可以由来出电力机械踏脚轨迹方程。电力机械双球棒脚对称的散布,因而由来出我开足的轨迹方程那就够了,且我开足的无效流动球棒产生在0~T2期。图 3所示为我开足上压电的叠堆的流动输出制作模型,图中λ为二级杠杆的膨胀乘以。

0打中三角波以信号告知T2期的重大聚会式为:

式中E以信号告知张力纬度。

0方波以信号告知T2使轮转工夫重大聚会词:

由平方和正方形的对赫芝波以信号告知产生的流动:

式中δ是东西常数。

压电的叠堆产生的流动然后二级杠杆和灵活性铰链印记至球棒足上,带菌者四边形间隙成双整齐的,其手势轨迹方程为:

词(5)可以促进为:

,有:

式中:Eλ数值100。 V和,f=100 Hz,则T=0.01 s。式(7)屈贤汝图 4所示,由图可看出,球棒足相近垂线轨迹,然后摩擦延续球棒致动器的手势。

3 双脚压电的垂线电力机械的构架设计 决定因素构架设计

图 5本铰链膨胀的压电的垂线电力机械的构架设计,决定因素与V导轨和打倒常客。,V型导轨对决定因素双向约束的自由;预紧、预教育弹簧和预紧力结合的预压构架;四组微米头为四组压电的叠堆W。,决定因素构架可以锁定测微计头。。

决定因素驻扎军队机构的设计

压电的垂线电力机械的决定因素驻扎军队机构的设计的首要专注的是为了确保决定因素上的球棒足与动子上粘接的耐磨陶瓷条真实无效碰到,如此电力机械可以将压电的叠堆产生的巨大流动然后决定因素膨胀元件膨胀接近末期的替换成动子的微观垂线手势。一种输出机能太好了的汽车,不但决定因素的高输出和输出比,再一次,对AUX的构架设计也有绝对的的请求。。图 6压电的垂线电力机械的抱负预压制作模型,决定因素限度XYZ在两个展出在对称中心线的三个展出上手势接近末期的,决定因素球棒脚与致动器暗打中碰到力是帮忙的。。

4 二级杠杆灵活性铰链复合机构 二级杠杆膨胀绝对的纪律信奉者

图 7为二级杠杆膨胀绝对的纪律信奉者图。二级杠杆由东西等臂杠杆和东西非等臂杠杆结合,时髦的,等臂杠杆膨胀输出流动的胜利,所记下的输出流动再然后两个杠杆的衔接分开(直圆型灵活性铰链)印记至非等臂杠杆的输出端后再次举行膨胀输出。图中AC这些点辨别出是杠杆I和II的输出场所。,BD点是等臂和不同臂杠杆的输出场所。,且D点为等臂杠杆和非等臂杠杆复合的二级杠杆的终极输出场所,L1~L4每个杠杆臂的规模。

λ为二级杠杆的膨胀乘以,则:

式中:L1L2L3L410,54,21和21 mm。将它们代入式(8)记下二级杠杆的原理膨胀乘以λ为。

直圆灵活性铰链的决定因素最优化

图 8灵活性铰链的最优化制作模型。在最优化进程中没思索5号铰链。,决定因素的膨胀功率首要与铰链数涉及。,照着,本人只必然的然后1~4铰链来最优化决定因素。,5铰链的决定因素与静止铰链的决定因素胜任的。。每个铰链的厚度和半径(1~4的铰链切削半径)均为Co。,因而仅有的东西决定因素被设置Rh那就够了;厚度设置为T1T2T3T4,厚度值相当,被下定义为决定因素花样(输出PARA)。。制作模型在剖析进程打中专心致志Y1轴展出 mm的流动,可以记下制作模型的膨胀乘以。。设置端球棒脚的流动输出作为输出决定因素(O)。

本ANSYS Workbench的Design 找矿模块最优化计算,圆形灵活性铰链的厚度th=0.2 mm、割切半径Rh=1 mm时,决定因素制作模型球棒脚Y成轴的展出上的流动输出值约为 mm,相形于 mm的向上生长比为;圆形灵活性铰链的厚度th=0.3 mm、割切半径Rh=1.5 mm时,决定因素制作模型球棒脚Y轴的流动值约为11.57。 mm,增幅比约为;圆形灵活性铰链的厚度th=0.4 mm、割切半径Rh=2 mm时,决定因素制作模型球棒脚Y轴的流动值约为11.39。 mm,增幅比约为。

可以在最优化决定因素知识结成中决定,决定因素球棒足Y成轴的最大输出流动约为 mm,此刻直圈出灵活性铰链的决定因素:厚度th=0.2 mm、割切半径Rh=1 =millimicron宽bh=10 mm。

5 双脚压电的垂线电力机械的试验探索 决定因素球棒脚端面振幅试验

图 9一种决定因素球棒的脚振幅尺寸策略。用以信号告知产生器产生1路100 赫兹的三角波以信号告知,然后以信号告知膨胀器将张力膨胀到120。 V,球棒决定因素引导脚任务,激光流动偶然认识的读取球棒脚的流动。。

图 10图 11后果弄清,两球棒脚流动知识的尺寸验。从图中可以看出。,两个从动脚的震动绝对不乱。,我开足、II的流动纬度为75。 μm和63 μm左右漂依序排列,差数约为12。 μm,差数的能够缘由是:(1)压电的叠堆预紧力的无特征性性;(2)习惯于压电的叠层的输出机能有区别的。;(3)审核绝对偏差通向了机能的无特征性。;(4)不精确测办法触发某事的测绝对偏差;(5)测进程打中随机绝对偏差。

电力机械激增特点试验(有区别的张力和频率)

图 12事业尺寸策略图。电力机械在S的迫使下产生必然的手势间隔。,使感动间隔首要用尺标准化。,由跑表计时。然后时尚以信号告知产生器输出以信号告知的张力和频率,在一驻扎军队移下测电力机械手势工夫的工夫,电力机械的激增和张力与频率的相干。

停飞很试验绝对的纪律信奉者,设定以信号告知的频率为50~130。 Hz、张力为70~120。 V,尺寸电力机械机能,后果如图 13图 14所示,120 V、110 电力机械在赫兹以下的最大事业为16.163。 mm/s。

电力机械激增的标准的试验剖析

采取标准的试验设计办法举行剖析处置。,记下了以信号告知产生器以信号告知对电力机械激增的感染。,表 1电力机械激增的方差剖析[18]

从F表中反省临界值F0.01(5,25)=,由表 1A和BF值大于F表中支付的值。,这弄清,A和B对试验对象的感染极明显;由方差平方和概略,绝对平均值的离差依序排列不足THA。,就是说,对应于A的范本知识变得不乱。,因而在现实试验进程中对B的请求比A要高。

汽车加重于容量的尺寸

电力机械加重于容量是对电力机械的激增举行尺寸的按照。加重于容量尺寸策略在前面电力机械机能试验策略的按照添加了一面之词系有砝码而另一面之词系有闩上(闩上可常客在电力机械动子上)的植物纤维(绕在常客街区上),然后换衣服有区别的的分量来测电流原动者的事业。T V,110的频率 Hz)。图 15加重于事业沿曲线行进显示为电力机械。尾随体重的增添,汽车的事业在落下。,并且加重于找错误很权力大的,眼前测得的最大承载容量仅为1.7。 N。在试验进程中,当分量增添到200 g时,电力机械涌现滑向一侧气象(决定因素球棒足和动子碰到场所发生脱州)。

6 结局

本文举起了一种本二级杠杆和灵活性铰链复合构架的非共振式压电的垂线电力机械,停飞任务绝对的纪律信奉者和球棒以信号告知由来了踏脚轨迹方程,它是用运用定量的预紧力的压电的叠堆易于解决。决定因素构架中二级杠杆的原理膨胀乘以λ为,本ANSYS 对直圆灵活性铰链的厚度举行workbenth=0.2 mm、割切半径Rh=1 =millimicron宽bh=10 mm,模仿膨胀乘以几乎在大约时候。,原理的膨胀倍率和原理宏伟暗打中绝对偏差。本最优最优化PARA对电力机械样机举行了最优化设计。,电力机械输出机能的试验探索,两个从动脚的震动绝对不乱。,我开足、II的流动纬度为75。 μm和63 浮在M;设定以信号告知的频率为50~110。 Hz和张力为70~120。 V,电力机械机能互插试验,120 V、110 电力机械在赫兹以下的最大事业为16.163。 mm/s,最大承载容量仅为1.7。 N。汽车的膨胀倍率很高。,走快较好的电力机械机能,禁食应唱圣歌、快车道大幅值的优点,可专心致志于精细机械的禁食驻扎军队。在然后的阶段,电力机械的加重于容量应更多的最优化。

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