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1、第13卷第1期光學(xué)精密工程Vol.13No.12005年2月OpticsandPrecisionEngineeringFeb.2005文章編號(hào)1004-924X200501-0065-08壓電直線精密驅(qū)動(dòng)器研究劉建芳!楊志剛!范尊強(qiáng)!程光明"吉林大學(xué)!吉林長春130025#摘要!提出一種新型的壓電直線精密步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器該驅(qū)動(dòng)器采用仿生運(yùn)動(dòng)的原理以定子主動(dòng)箝位的方式和雙側(cè)薄壁鉸鏈微變形結(jié)構(gòu)解決了以往壓電精密驅(qū)動(dòng)器箝位不牢固步進(jìn)頻率較低行程小分辨率低速度低驅(qū)動(dòng)力不穩(wěn)定等問題研制的精密直線驅(qū)動(dòng)器能夠?qū)崿F(xiàn)高頻率100~Z高速度30mmmin大行程>10mm
2、高分辨率0.05卜m大驅(qū)動(dòng)力100N等特點(diǎn)大幅度提高了壓電型步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)性能關(guān)鍵詞!壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器!定子主動(dòng)箝位!精密驅(qū)動(dòng)器!雙薄壁柔性鉸鏈!大行程中圖分類號(hào)!TG1156文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼!APrecisePZtlinearstepactuatorLIUjian-fangANGZhi-gangFANZun-CiangC~ENGGuang-mingJilinUniuersitSChangchun130025ChinaAbstractAnewprecisionlinearPZTactuatorisproposedtoimproveitsdriveca
3、pabilitiesthatisbasedonthepieZoelectricPZTtechnology.Itadoptstheprincipleofbionicsandworksinanewmodeofstatorinitiativeanchoringlooseningandadistortionstructureofdouble-sidethinflexiblehingewhichhassolvedtheproblemofanchoringlooseningfreCuencyourneyresolutionandve-locity.Thee
4、xperimentshowsthatthenewlinearPZTactuatorworksatahighfreCuencyof100~Zhighspeedof30mmminlargetravelabove10mmhighresolutionof0.05卜mandhighload100N.KeywordspieZoelectricactuatorstatorinitiativeanchoringlooseningstepactuatordouble-sidethinflexiblehingelargetravel收稿日期!2004-11-21"
5、修訂日期!2005-01-25.基金項(xiàng)目!國家863計(jì)劃資助No.2002AA42315066光學(xué)精密工程第13卷會(huì)伴隨著位移的減小圖1為壓電陶瓷疊1引言堆力特性曲線近年來隨著微納技術(shù)的迅猛發(fā)展在光學(xué)工程微電子制造航空航天技術(shù)超精密機(jī)械制造微機(jī)器人操作地震測量生物醫(yī)學(xué)及遺傳工程等技術(shù)領(lǐng)域的研究都迫切需要亞微米級(jí)微納米級(jí)的超精密1驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器技術(shù)功率-質(zhì)量比低必須遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)點(diǎn)安裝而且驅(qū)動(dòng)器高速運(yùn)轉(zhuǎn)后需要減速裝置變速致使傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)累贅顯然傳統(tǒng)技術(shù)已不能滿圖1壓電陶瓷疊堆的力學(xué)特性2足工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的需求Fig.1Mechanicalprope
6、rtiesofpieZoelectric近年來國際上開始了壓電精密驅(qū)動(dòng)技ceramicstackers術(shù)的研究壓電材料在驅(qū)動(dòng)時(shí)具有納米級(jí)產(chǎn)生的最大力基本公式為的穩(wěn)定輸出位移精度并且壓電驅(qū)動(dòng)線性好控制方便分辨率高頻率響應(yīng)好不發(fā)FmaxkKT>L0熱無磁干擾無噪聲等同時(shí)壓電驅(qū)動(dòng)其中L0力為0時(shí)的最大位移量m器能實(shí)現(xiàn)體積小質(zhì)量輕大功率密度的特KT壓電陶瓷疊堆的剛度系數(shù)Nm實(shí)際應(yīng)用中常用下面公式點(diǎn)因此壓電型精密微驅(qū)動(dòng)技術(shù)已成為國3KT內(nèi)外的重點(diǎn)研究方向FmaxeffkKT>L01_1KTK步進(jìn)式工作原理是根據(jù)自然界某些爬其中L0無外部載荷時(shí)的最大位移量
7、m蟲類動(dòng)物爬行的方法而提出的故稱為步KT壓電陶瓷疊堆的剛度系數(shù)Nm進(jìn)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)這種運(yùn)動(dòng)方式又稱為蠕動(dòng)Ks外部接觸物體剛度系數(shù)Nm式inchworm在時(shí)序控制電壓信號(hào)的作2.2機(jī)械與結(jié)構(gòu)4用下則驅(qū)動(dòng)裝置可實(shí)現(xiàn)定向運(yùn)動(dòng)2.2.1定子箝位體結(jié)構(gòu)現(xiàn)在國內(nèi)外對(duì)步進(jìn)精密驅(qū)動(dòng)器的研究本文研制的壓電直線驅(qū)動(dòng)器整體結(jié)構(gòu)都取得了一定的進(jìn)展但對(duì)超精密大行如圖2所示該結(jié)構(gòu)主要由定子箝位體和5程高速大載荷驅(qū)動(dòng)器并未取得突破直線動(dòng)子組成定子箝位體上安裝有箝位本文以一種新型的結(jié)構(gòu)研制出了這種性能動(dòng)力壓電疊堆直線動(dòng)子上安裝有驅(qū)動(dòng)動(dòng)優(yōu)越的驅(qū)動(dòng)器力壓電疊堆通過各壓電陶瓷疊堆的協(xié)調(diào)
8、工作使直線動(dòng)子在定子導(dǎo)向孔中運(yùn)動(dòng)2驅(qū)動(dòng)器基本原理及結(jié)構(gòu)箝位機(jī)械結(jié)構(gòu)原理圖如圖3所示定子體固定不動(dòng)壓電疊堆帶電伸長使薄壁2.1壓電陶瓷疊堆的力學(xué)特性鉸鏈
