精密仪器设计第四章作业

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1、精密仪器设计第四章作业1．试分析图1中机构的特点①分析机构原理并画出原理图；②分析机构的主要优点？图1微位移机构a）RR1R2R3图1.1压电驱动微动台结构原理图机构原理：当压电晶体两端施加电压时，产生微位移，使得杠杆M1上的a点产生一绕支点b转动的微位移，在c点上使杠杆M2绕支点d转动并在e点处拉动工作台S作微量位移。杠杆M3的支点为f，工作台S由两个杠杆M2和M3上的e点和g点支持，原理简图为图1.1这样，压电晶体的微位移便经过杠杆M1和M2放大，其放大比例为RT=（1+R1R）（1+R3R2）优点：由于采用了柔性铰链，故无爬行、无间隙、无轴承噪声、不需要润

2、滑、位移分辨精度高、而且在低频下运行没有内热产生，且结构紧凑，适合各种超精密加工环境，特别是超真空等。b)图1.2单层X-Y弹性微动工作台结构原理图机构原理：它的原理简图见图1.2，他可简化为两个分别进行x、y向运动的平行四连杆机构。在工作台A、B两处安装两个电致伸缩微位移器，当在微位移器上施加电压时，由于四连杆受力而变形，获得两个方向的微位移δx和δy。优点：与（a）机构有相同的优点，而且可以在单层上实现两个方向的微动。c）图1.3三自由度微动工作台工作原理：原理简图如图1.3所示，整个微动工作台面由4个两端带有柔性铰链的柔性杠支撑，由3个筒状压电晶体驱动，压

3、电器件安装在两端带有柔性铰链的支架上，支架分别固定在粗动台和微动台上，只要控制3个压电器件上的外加电压，便可得到∆x,∆y=∆y1+∆y22,∆θ≈∆y1-∆y2L等3个微动自由度。主要优点与（a）相同d）XXi图1.4弹性缩小微动台原理图工作原理：若弹簧A、B的刚度分别为KA、KB，输入位移为Xi，则微动台的位移X为x=xiKAKA+KB如果KB≫KA，则工作台的位移x相对于输入位移xi就被大大地缩小了。优点：结构简单e）图1.5微动机构原理图工作原理：如图1.5所示，用了1/50缩小率的两极杠杆机构，缩小率可有如下公式计算得∝=y2y1y4y3应用此公式，可

4、计算出（e）中第二个图中的缩小率为∝7.577.5+7.5×1562.5=147优点：能通改变杠杆的级数来改变位移的缩小比，结构简单。2.一个叠层体电致伸缩微位移器(如图2所示)，由n片厚度为t的PZT:La组成，电致伸缩系数为M，求这个微位移器所产生的总位移量D，并画出特性曲线。已知：n=65；t=0.3mm；M=5.5×10-16m2/V2；V=300伏。(提示：电致伸缩微位移器结构：机械串联，电压并联)图2电致伸缩微位移器答：由于s=∆tt,D=n∆t=nst，又由于s=ME2,E=Vt,得D=nMV2t=10.725μm特性曲线如下：图2.1电致伸缩位移

5、器的特性曲线3．细绳索悬吊式电磁控制微动工作台如图3所示，其中：初始最大间隙dmax＝5×10-3m；悬吊金属丝长度L=4×10-1m；空气导磁率µ0＝0.62×10-6H/m；N=80圈；I=2安；磁极截面积S取（5×10-3）×（5×10-3）m2；弹簧为圆柱形螺旋弹簧，弹簧系数α=(2.83×102)kg/m。试求：微动工作台的位移量。图3电磁驱动原理答：由电磁铁的吸引力等于弹簧的拉力B2S2μ=α∆dgB≈NIμ0dmax得∆d=Sμ0N2I22dmax2gα=2.86μm