二级杠杆式微牛级微力发生机构

针对力传感器标定系统难以精确加载微牛级微力的现状,设计了一种二级杠杆式微力发生机构。首先,在比较了常用柔性铰链精度性能的基础上,介绍了微力发生机构的工作原理。然后,在考虑杆件变形和柔性铰链中心偏转的基础上,分析了各级杠杆和各柔性铰链的受力和能量传递情况,推导了二级杠杆式微力发生机构力缩小倍数的理论计算方法,并以实现某一力缩小倍数为设计目标,据此提出了微力发生机构的优化设计方法。接着,进行有限元仿真分析,得到了不同输入力下的力值响应特性。最后搭建了微力发生机构的性能实验测试平台。结果表明,有限元分析、实验结果与理论力值间的最大误差分别为5.501%和7.391%,实验非线性误差为2.89%,可实现0～500μN的微力加载。认为力缩小倍数满足设计要求,验证了采用该优化设计方法准确设计二级杠杆式力柔顺机构、提高微力加载精度的有效性。

无杆活塞气缸与二级杠杆-偏心轮复合的浮动式传动系统

介绍一种无杆活塞气缸与二级杠杆-偏心轮复合的浮动式传动系统的工作原理、结构特点和力学计算。几种简单的增力机构和无杆活塞气缸进行合理的组合后,不仅可以实现力的多级放大,而且结构简单紧凑,增力效果显著。

二级杠杆柔性铰链复合结构的双足压电直线电机

为实现精密机械装置的快速定位,增加压电直线电机中位移放大结构对压电叠堆输出位移的放大能力,提出了一种基于二级杠杆和柔性铰链复合结构的新型双足压电直线电机。首先,对电机的作动原理进行分析,推导了驱动足轨迹方程。为提高其输出性能,对直圆型柔性铰链的参数进行了优化,得到最佳铰链参数为厚度th=0.2mm、切割半径Rh=1mm和宽度bh=10mm。最后,制作了该电机样机并进行了振幅、速度和负载性能测试,基于正交试验方法对电机速度进行了分析,得出电压对电机速度的影响更灵敏。实验结果表明,驱动足Ⅰ、Ⅱ的位移振幅分别在75μm和63μm附近波动,差值约为12μm;在120V、110Hz的信号激励下速度达16.163mm/s,最大负载能力为1.7N。与现有的压电直线电机相比较,该电机结构简单,易于安装调试,具有响应快、大振幅、速度大且运行稳定的特点。

新型三自由度微操作平台的动力学性能研究

提出了一种新型三自由度柔性并联微操作平台,该平台采用压电陶瓷驱动器为驱动装置,以新型二级杠杆放大机构作为放大器来扩大压电陶瓷驱动器的输出行程,在功能上可以实现X轴、Y轴以及Z轴方向的微米范围内移动。首先通过拉格朗日方程建立了该三自由度柔性并联微操作平台的动力学模型,然后计算了该机构的理论固有频率,最后采用有限元软件对该微操作平台进行了模态分析。结果表明该机构的理论固有频率与有限元仿真分析中的第一阶模态结果相比其误差率仅为2.54%,验证了固有频率理论分析的正确性及可行性。

新型3-PRC柔性并联微操作平台的研究

采用压电陶瓷作为驱动器设计了一种带有二级杠杆放大机构的3-PRC柔性并联微操作平台,该平台能实现空间三自由度的微小平移运动,放大机构的理论与有限元仿真分析放大倍数分别为8.772和8.245。首先采用矢量法建立了该机构的运动学模型,得到了其运动学正、逆解和雅克比矩阵。然后利用MATLAB软件分析并绘制了平台的工作空间,最后对机构的解耦性进行了理论分析并利用有限元软件进行了验证。结果表明该机构的耦合性误差小,可以实现空间三自由度微纳米级别的运动,具有较大的运动空间和良好的运动解耦性。

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。

新型3-DOF柔性并联微操作平台的研究

根据杠杆原理设计的新型二级杠杆放大器,在此基础上基于3-PRC并联机构提出一种具有空间解耦的新型三维移动并联柔性微位移放大机构.该机构由三个相同的支链采用正交的方式与动、静平台相连,以压电陶瓷作为驱动装置并内置在二级杠杆放大器中,能够使机构实现微纳米级的运动.通过理论计算和仿真分析对新型二级杠杆放大器和并联柔性微位移放大机构进行了研究,结果表明该机构具有良好的运动解耦性和较高的精度.