• 二级杠杆柔性铰链复合结构的双足压电直线电机
  • 发布时间:2019-07-02 10:02 | 作者:admin | 来源:网络整理 | 浏览:
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            摘要: 精细机械装置的灵活的地位,上涨某人的地位浮现增大压电的堆出口浮现,做出计划了一种由于二级杠杆和柔韧性铰链复合妥协的时新双足压电的垂线电力机械。率先,剖析了原动者的任务法学。,减薄了驱动力脚轨迹方程。。为了上涨其出口机能,对直圆使变曲铰链的限度局限因素停止了优化结成设计。,铰链的最适度限度局限因素是厚度。th=0.2 mm、分割半径Rh=1 mm和宽度bh=10 mm。最末,工厂了电力机械样机,装备了电力机械的振幅。、枯萎:使枯萎和装货机能结帐,采取标准的试验法对电力机械超速停止了剖析。,产物弄清,压力对电力机械超速的使发作更为敏感。。试验产物弄清,驾驭脚I、II的浮现振幅为7。 μm和63 m不远地的动摇,差额大概是12。 μm;在120 V、110 赫兹的记号枯萎:使枯萎高达16.163。 mm/s,最大装货能耐为1.7 N。与持续在压电的垂线电力机械比拟,电力机械妥协复杂,注意应急措施和调试,具有解答快、大振幅、迅速稳固运转的少许。

             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 做出计划。 First, the operating principle of the motor was analyzed and the trajectory equation of the driving feet was 等同于。 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 tested. The motor speed was analyzed based on the orthogonal test method; our analysis revealed the sensitivity of the motor speed on the 压力。 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 收购。 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 operation.

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

            1 小引

            晚近,跟随科学技术的开展和提高,航空航天、模仿的科学技术、精细机械、医学、在人造卫星眼界,新技术的地位能耐,像这样,需求一种高行动精确的的驱动力设备。[1-3]。与全体与会者电力机械比拟,容积非共鸣压电的垂线电力机械、素养、地位行动精确的、解答工夫、功耗等优点走快了广泛地运用。。本着根本,电力机械可分为直接的驱动力型。、浮现缩小大地、蠢动式和滞性摩擦式,浮现缩小大地压电的电力机械里程大、妥协复杂等优点。

            眼前,浮现缩小压电的开汽车的沉思很多[4-11]。李海林[6]做出计划了一种双驱动力压电的垂线电力机械。,该电力机械采取四组(两组标准的)压电的叠堆停止驱动力,但电力机械驱动力脚的振幅较小,枯萎:使枯萎平的。苏钊[7]作者做出计划了一种由方波驱动力的双足压电的垂线电力机械。,电力机械装有双决定因素,批准夹紧妥协调整使屈从器和落实器批准的触觉,最大枯萎:使枯萎为0.502。 mm/s,非常奇特的上涨了。,但它的驱动力延伸依然很小。

            柔韧性铰链,因不注意以必然间隔排列和机械摩擦、高朋友神批准敏的优点惹起了男人的广泛地关怀。。柔韧性铰链妥协通常与缩小机构相结合,,首要用于机构达到目的浮现使分娩,为了上涨机构的缩小生产力。眼前,经用的缩小机构是三角缩小机构。、杠杆缩小机构、使变曲缩小机构和禁止缩小机构[12-16]。卢倩[17]以及别的人做出计划了一种二级杠杆式柔韧性铰链缩小比的计算方式,做出计划了柔度比限度局限因素的观点。,停止了互插的幻影和试验检验任务。。前文沉思任务,相当多的十足地沉思二级杠杆柔韧性铰链的优化结成,不快用于压电的垂线电力机械驱动力;设计了一种双足驱动力压电的垂线电力机械。,然而压电的堆自身的出口浮现很小,电力机械还在缩小倍率缺乏的缺陷。,电力机械超速过低,无法灵活的地位,像这样,帮忙开展单独高振幅缩小比、一种时新双足大超速压电的垂线电力机械的沉思。

            本文由于二级杠杆和柔韧性铰链复合妥协,一种结成浮现缩小器的非共振压电的垂线电力机械。为了上涨电力机械的出口机能,直圆使变曲H限度局限因素的优化结成设计,批准幻影沉思,走快了最适度的柔韧性铰链限度局限因素。。结帐电力机械的振幅、枯萎:使枯萎、装货等特点,检验了时新两足肉欲的驱动力电力机械的现实性,为压电的垂线电力机械的沉思预备了新的思绪。

    2 双足压电的开汽车的驱动力机构 驱动力法学

            压电的垂线电力机械驱动力法学如图 1所示,A数字,b,C和D分开对应多种多样的的任务资格,Ⅰ,Ⅱ为压电的垂线电力机械决定因素上的两个驱动力脚,Stato中运用了4组驱动力元件(压电的堆),数字是1。,2,3,4,在续篇论述驱动力法学时归结起来压电的叠堆时便用这些数字排挤。图 2驱动力记号时序图,运用正向偏压。,弃权损坏压电的堆。压电的垂线电力机械在单独革命内的驱动力迅速移动如次:

            在A州,2另加励磁压力,发作浮现,用柔韧性铰链和水平仪气泡使分娩浮现,使得驾驭脚I与动子触觉并压紧。

            从A州到B州,在2励磁压力忠实的的命运下,1和3同时运用,分开发作浮现,用柔韧性铰链和水平仪气泡使分娩浮现。1发作的浮现使得驾驭脚I带动动子沿X轴周围的右移α浮现;3发作的浮现使驱动力脚沿边缘使屈从。X轴周围的左朋友α浮现。

            从B环境到C环境,1、3在忠实的励磁压力下,移除运用在2上的励磁压力,运用励磁压力至。2停电后回复原状,当时的发作向后拉开景象,支线驾驭脚I与动子脱触觉;4发电浮现,驱动力脚II触觉并紧缩落实器。

            从C环境到D环境,雇用运用到4的励磁压力静止,同时,使屈从1和3的励磁压力。1断电回复初始算术;因驾驭员脚II与使屈从器雇用触觉,3.回复停电形成的缩减到初始X轴周围的右移α浮现。

            从D环境到A环境,在去除4个迫使压力的同时,将迫使压力运用到2。,驱动力脚II与使屈从对象不触觉,驾驭脚I触觉且压紧动子。

            因而,在单独革命内,导游会跟着走。X轴周围的右移2α压电的垂线电力机械在单独革命内的浮现。。

    驱动力foo的轨迹方程

            依电力机械驱动力脚和三角瓦的朋友法学,可以减薄出电力机械驱动力foo的轨迹方程。电力机械双驱动力脚的匀称的散布,因而减薄出驾驭脚I的轨迹方程那就够了,且驾驭脚I的无效浮现驱动力发作在0~T2革命。图 3所示为驾驭脚I上压电的叠堆的浮现出口创造者,图中λ为二级杠杆的缩小时代。

            0处三角波记号T2革命的职务式为:

            式中E记号压力延伸。

            0处方波记号T2革命工夫i的职务:

            压电的元件上三角波和方波记号发作的浮现:

            式中δ为常数。

            压电的叠堆发作的浮现批准二级杠杆和柔韧性铰链使分娩至驱动力脚上,用无线电引导四方院子常客,它的朋友方程是:

            式(5)可减t:

            令,有:

            式中:Eλ值为100。 V和,f=100 Hz,则T=0.01 s。风骨(7)屈先如图 4所示,从图中可以笔记,驱动力脚轨迹相近通过单独的若干阶段来发展,朋友对象的朋友可以由摩擦力陆续驱动力。。

    3 双足压电的垂线电力机械的妥协设计 决定因素妥协设计

            图 5由于铰链缩小的压电的垂线电力机械妥协设计,决定因素批准V导轨和地板钉牢,V型导轨双向约束决定因素的各异;预紧螺丝钉、预紧妥协由预紧弹簧和预紧力结合;四组测微头为四组压电的叠片W,决定因素妥协可以锁定测头。

    决定因素地位机构设计

            压电的垂线电力机械的决定因素地位机构设计的首要意图是为了确保决定因素上的驱动力脚与动子上粘接的耐磨陶瓷条真实无效触觉,在那附近电力机械能将压电的叠堆发作的巨大浮现批准决定因素缩小元件缩小过后替换成动子的微观垂线朋友。出口机能好人的原动者,不只需求决定因素的高出口和输出比,况且,对辅佐零碎的妥协设计有缜密的的销路。。图 6装备了压电的垂线电力机械的抱负预紧力创造者。,限等同于子XYZ三个轴在两个轴承上的使屈从,批准预压弹簧发作的弹力来监视决定因素驱动力脚与动子的触觉命运。

    4 二级杠杆柔韧性铰链复合机构 二级杠杆缩小法学

            图 7为二级杠杆缩小法学图。二级杠杆由单独等臂杠杆和单独非等臂杠杆结合,当选,等臂杠杆缩小输出浮现,所走快的出口浮现再批准两个杠杆的衔接使均衡(直圆型柔韧性铰链)使分娩至非等臂杠杆的输出端后再次停止缩小出口。图中AC点分开为管理者I和II的输出名列前茅。,BD点是等臂和非等臂杠杆的出口名列前茅。,且D点为等臂杠杆和非等臂杠杆复合的二级杠杆的终极出口名列前茅,L1~L4各杠杆臂长。

            设λ为二级杠杆的缩小时代,则:

            式中:L1L2L3L410个。,54,21和21 mm。将它们代入式(8)走快二级杠杆的作品缩小时代λ为。

    直圆使变曲的限度局限因素优化结成

            图 8装备了柔韧性铰链的优化结成创造者。。优化结成迅速移动中未思索5铰链,决定因素缩小功率首要与铰链数顾虑。,因而敝只需求用1~4个铰链对限度局限因素停止优化结成。,5号铰链与别的铰链同上。每个铰链的厚度和半径(1~4个铰链分割半径)均为,因而但愿设置单独限度局限因素。Rh那就够了;厚度设置为T1T2T3T4,厚度值相当)明确为限度局限因素产生(输出。将创造者运用于剖析迅速移动Y轴轴承上1 mm移位,创造者的缩小率可以走快。设置查明真相驱动力脚的浮现出口作为出口限度局限因素(优化结成目的)。

            由于ANSYS Workbench的Design 景象模块优化结成计算,直圆使变曲厚度th=0.2 mm、分割半径Rh=1 mm工夫间间,决定因素创造者驱动力脚沿Y轴周围的浮现出口值相近 mm,相较于 mm的曲线上升斜率很高;直圆使变曲厚度th=0.3 mm、分割半径Rh=1.5 mm工夫间间,决定因素创造者驱动力脚沿Y轴周围的浮现出口值约为11.57。 mm,上涨某人的地位了大概;直圆使变曲厚度th=0.4 mm、分割半径Rh=2 mm工夫间间,决定因素创造者驱动力脚沿Y轴周围的浮现出口值约为11.39 mm,上涨某人的地位了大概。

            一句话,它可以在优化结成限度局限因素记录结成中决定。,决定因素驱动力脚沿Y轴轴承的最大出口浮现 mm,此刻,直圆使变曲铰链的限度局限因素ar:厚度th=0.2 mm、分割半径Rh=1 mm和宽度bh=10 mm。

    5 双足压电的垂线电力机械的试验沉思 决定因素驱动力脚端面振幅结帐

            图 9所示为决定因素驱动力脚振幅结帐设备。1路100记号发作器发作 H三角波记号,缩小器被记号缩小器缩小到120 V,驱动力决定因素驱动力脚停止任务,激光浮现感觉器官读取驱动力脚的浮现并将记录传输到PC机上。

            图 10图 11所示为试验测得两个驱动力脚的浮现记录。从图中可以笔记,两驱动力脚的震动对立稳固,驾驭脚I、II的浮现振幅为7。 μm和63 左右漂眼界,差额大概是12。 μm,这种差额的可能性账目是ar:(1)压电的堆预紧力各异;(2)二手的压电的堆的出口机能多种多样的;(3)费用错误造成两驱动力脚机能各异;(4)测方式不精确形成的测错误;(5)测迅速移动达到目的随机错误。


    电力机械枯萎:使枯萎特点试验(压力和频率

            图 12测速设备。电力机械在S的迫使下发作必然的朋友间隔。,间隔首要用画直线用尺校准,由记秒表计时。批准兑换记号发作器出口记号的压力和频率,测电力机械在一地浮现下的朋友工夫,电力机械超速与压力、频率的相干。

            由于前述的试验法学,设定记号频率为50~13 Hz、压力70~120 V,结帐电力机械机能,产物如图 13图 14所示,在120 V、110 电力机械在HZ下的最大超速为16.163 mm/s。


    电力机械超速的标准的试验剖析

            采取标准的试验设计方式对,走快了记号发作器记号对电力机械超速的使发作。,表 1这是电力机械超速方差剖析的产物。[18]

            从F表中查找临界值F0.01(5,25)=,由表 1A和B是已知的。F这些值大于F表中装备的值,这弄清A和B对试验准则的使发作是极端明显的。;从方差平方和的数值,a对立于平均值的分歧决不b的分歧。,即,对应于a的范本记录属于稳固,因而在实践试验迅速移动中对B的销路比A要高。

    电力机械装货能耐试验

            依电力机械的超速机能结帐电力机械的装货能耐。。装货能耐结帐设备在前面电力机械机能试验设备的依据添加了一面之词系有砝码而另一面之词系有螺丝钉(螺丝钉可钉牢在电力机械动子上)的绳索(绕在钉牢皮带轮上),批准移项多种多样的素养的砝码来测得目前的电力机械的枯萎:使枯萎(记号压力设定为120 V,频率是110。 Hz)。图 15如图所示为电力机械的装货-枯萎:使枯萎用曲线图表示。。跟随分量的上涨某人的地位,电力机械超速逐步驳倒,装货能耐几乎不,眼前测得的最大装货能耐仅为1.7 N。在体会迅速移动中,当分量上涨某人的地位到20 g时,电力机械涌现使顺利滑动景象(决定因素驱动力脚和动子触觉名列前茅发生脱环境)。

    6 收场诗

            本文做出计划了一种由于二级杠杆和柔韧性铰链复合妥协的非共振式压电的垂线电力机械,依驱动力法学和驱动力记号减薄了驱动力foo的轨迹方程,压电的堆采取定量预紧力是非常奇特的轻易造成的。。决定因素妥协中二级杠杆的作品缩小时代λ为,由于ANSYS 用Workben优化结成了直圆使变曲铰链的厚度。th=0.2 mm、分割半径Rh=1 mm和宽度bh=10 mm,模仿缩小率i,作品缩小时代与作品缩小时代批准的错误。依优化结成限度局限因素,工厂了电力机械样机。,对原动者的出口机能停止了试验沉思。,两驱动力脚的震动对立稳固,驾驭脚I、II的浮现振幅为7。 μm和63 在m不远地漂;设定记号频率为50~11 Hz和压力70~120 V,停止了电力机械机能的互插试验。,在120 V、110 用赫兹测的电力机械最大枯萎:使枯萎为16.163。 mm/s,最大装货能耐仅为1.7 N。原动者的缩小时代很高。,电力机械机能良好,具有解答快、枯萎:使枯萎快、振幅大的优点,可用于精细机械装置的灵活的地位。。晚会应更远的优化结成电力机械的装货能耐。。

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