一种组合式位移放大机构的设计与仿真
Design and Simulation of a Combined Displacement Amplification Mechanism
- 机械传动 2020年44卷第11期 页码：80-84
- 作者机构：
1.中国科学院 自适应光学重点实验室， 四川 成都 610209
2.中国科学院 光电技术研究所， 四川 成都 610209
3.中国科学院大学， 北京 100049
- 作者简介：
荣雪媛（1994— ），女，四川成都人，硕士研究生，研究方向为精密机械、纳米定位技术。
- 基金信息：
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2020.11.013
中图分类号：
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荣雪媛,周虹,官春林.一种组合式位移放大机构的设计与仿真[J].机械传动,2020,44(11):80-84.
Rong Xueyuan,Zhou Hong,Guan Chunlin.Design and Simulation of a Combined Displacement Amplification Mechanism[J].Journal of Mechanical Transmission,2020,44(11):80-84.
荣雪媛,周虹,官春林.一种组合式位移放大机构的设计与仿真[J].机械传动,2020,44(11):80-84. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.11.013.
Rong Xueyuan,Zhou Hong,Guan Chunlin.Design and Simulation of a Combined Displacement Amplification Mechanism[J].Journal of Mechanical Transmission,2020,44(11):80-84. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.11.013.
摘要
在由压电陶瓷驱动器驱动的微位移定位系统中，桥式位移放大机构常用来放大压电陶瓷驱动器的输出位移。为获得更高的位移放大倍数，改善桥式机构安装不良易产生寄生位移的问题，设计了一种基于柔性铰链的位移放大机构，该机构是由桥式机构与两个对称布置的Scott-Russell机构组合而成的两级位移放大机构。通过刚度矩阵法建立机构的静力学模型，推导了机构的位移放大比及刚度计算公式，利用拉格朗日动力学方程建立机构的动力学模型及其固有频率，并利用有限元仿真法分析机构建模的正确性。结果表明，该组合式机构的位移放大比为6.11，输入刚度为12.58 N/μm，输出刚度为0.11 N/μm，固有频率为532.52 Hz，与理论值结果基本一致，误差均在10%以内，满足设计要求。
Abstract
Bridge-type displacement amplifier is usually used to amplify the output displacement of the piezoelectric ceramic actuator in a micro-displacement positioning system which driven by a piezoelectric ceramic actuator. In order to obtain a higher displacement magnification and solve the problem of parasitic displacement due to poor installation of the bridge-type mechanism， a two-stage displacement amplification based on flexible hinges is designed， which combined a bridge-type mechanism with two symmetrically arranged Scott-Russell mechanisms. The statics model of the mechanism is established based on method of stiffness matrix， the calculation formulas of amplification ratio and stiffness of mechanism are obtained accordingly. The dynamics model and the inherent frequency of the mechanism are established by Lagrange dynamics equation， the finite element simulation method is performed to verify the correctness of models. The results show that the amplification ratio of the combined mechanism is 6.11 and the input stiffness is 12.58 N/μm， the output stiffness is 0.11 N/μm， the natural frequency is 532.52 Hz， which are basically consistent with the theoretical value， and the relative errors are within 10%. The results meet the design requirements.
关键词
放大机构柔性铰链刚度矩阵有限元仿真
Keywords
Amplification mechanismFlexure hingesStiffness matrixFinite element simulation
references
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