鄭麗云+沈劍英+王鵬飛+戚佳成+朱成

摘 要：壓電微位移驅(qū)動(dòng)器在精密微位移應(yīng)用場(chǎng)合具有許多優(yōu)點(diǎn)，但它的輸出位移較小。為了放大它的輸出位移，研究人員提出各種不同種類的放大機(jī)構(gòu)，放大倍數(shù)是衡量放大機(jī)構(gòu)性能的主要指標(biāo)。文章主要介紹了常用的杠桿式柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)Scott-Russell機(jī)構(gòu)和橋式柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)三種放大機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)的計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：壓電驅(qū)動(dòng)器；微位移；柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TH703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）07-0021-03

Abstract： The piezoelectric micro-displacement actuator has many advantages in the application of precise micro-displacement， but its output displacement is small. In order to amplify its output displacement， researchers put forward a variety of amplification mechanisms， as the magnification is the main index to measure the performance of the amplification mechanism. This paper mainly introduces the calculation methods of magnification of three kinds of amplifying mechanisms， i.e.， commonly-used lever-type flexure hinge mechanism， Scott-Russell mechanism and bridge-type flexure hinge mechanism.

Keywords： piezoelectric actuator； microdisplacement； flexure hinge amplifier

引言

由于壓電陶瓷具有逆壓電效應(yīng)，當(dāng)其在兩級(jí)施加外電壓時(shí)，壓電陶瓷會(huì)沿極化方向產(chǎn)生微變形，利用這個(gè)特性可以制成微位移驅(qū)動(dòng)器。壓電微位移驅(qū)動(dòng)器具有許多突出優(yōu)點(diǎn)，它可在電壓控制下獲得較高的位移分辨率，同時(shí)，具有頻度響應(yīng)高、動(dòng)態(tài)反應(yīng)快、承載大、良好的機(jī)械靜壓力特性，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及受外力干擾小。

正因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，壓電微位移驅(qū)動(dòng)器經(jīng)常被應(yīng)用于精密微位移定位平臺(tái)。但是，壓電驅(qū)動(dòng)器的輸出位移很小，在需要更大位移的應(yīng)用場(chǎng)合，經(jīng)常借助柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)來放大它的輸出位移。用于放大壓電驅(qū)動(dòng)器微位移的柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)主要有：杠桿式柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)、Scott-Russell機(jī)構(gòu)和橋式柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，其它還有Moonie-type機(jī)構(gòu)、rainbow-type機(jī)構(gòu)和菱形機(jī)構(gòu)等。

4 結(jié)束語

由于壓電微位移驅(qū)動(dòng)器輸出位移偏小的缺點(diǎn)，采用柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)放大機(jī)構(gòu)是普遍的措施。由于橋式柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)本身具有的優(yōu)點(diǎn)，研究人員越來越重視橋式柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)的研究，將會(huì)有更多的結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張濤，孫立寧，蔡鶴皋.壓電陶瓷基本特性研究[J].光學(xué)精密工程，1998，6（5）26-32.

[2]沈劍英，張海軍，趙云.壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器杠桿式柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)放大率計(jì)算方法[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44（9）：267-271.

[3]Jih-Lian Ha， Ying-Shieh Kung， Sheng-Chuen Hu.Optimal design of a micro-positioning Scott-Russell mechanism by Taguchi method[J]. Sensors and Actuators A： Physical， 2006，125（2）：565-572.

[4]Qingsong Xu， Yangmin Li.Analytical modeling， optimization and testing of a compound bridge-type compliant displacement amplifier[J].Mechanism and Machine Theory，2011，46（2）：183-200.

[5]葉果，李威，王禹橋，等.柔性橋式微位移機(jī)構(gòu)位移放大比特性研究[J].機(jī)器人，2011，33（1）：251-256.

[6]陳方鑫，高福天，杜志江，等.基于混合鉸鏈的三維橋式放大機(jī)構(gòu)的建模、分析與試驗(yàn)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)：1-7.

[7]Kee-Bong Choi，Jae Jong Lee，Gee Hong Kim，et al. Amplification ratio analysis of a bridge-type mechanical amplification mechanism based on a fully compliant model[J].Mechanism and Machine Theory，2018，121：355-372.endprint