微驱动机构机械设计本科学位论文.doc

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1、目录1绪论11.1课题背景11.2研究的目的及意义11.3国内外压电/电致驱动微进给机构研究概况21.4本文研究的主要内容32微位移机构综述及方案确定42.1微位移机构综述42.2常用的微进给机构42.2.1机械传动式微进给机构42.2.2磁致伸缩式微进给机构52.2.3柔性铰链式微进给机构52.3微进给机构设计方案确定53微驱动机构设计63.1柔性机构选型63.2柔性铰链材料分析63.3单轴柔性铰链设计公式73.4柔性铰链初步参数选择93.5微驱动平台机构设计94压电陶瓷驱动器选择124.1压电陶瓷的位移特性124.2压电陶瓷的选择135微进给机构主要确定与校核155.1柔性铰链平行四

2、杆机构材料选择155.2柔性铰链平行四杆机构主要参数计算155.3弱截面处的最大应力155.4压电陶瓷驱动力校核165.5微驱动机构的固有频率176柔性铰链的有限元分析186.1有限元方法简介186.2柔性铰链的有限元分析186.2.1几何模型建立186.2.2定义单元类型196.2.3定义材料特性196.2.4实体建模网格划分206.2.5约束两个安装孔206.2.6在基座的底部施加位移约束（UZ=0）206.2.7对受载面施加载荷F206.2.8求解216.2.9绘制等效应力图216.2.10位移变形图226.2.11变形动画图227总结与展望23致谢24参考文献25附录A外文翻译-

3、原文部分26附录B外文翻译-译文部分32附录C零件图37附录D压电陶瓷参数表38微驱动机构设计摘要面向二十一世纪，随着科学技术的发展，制造技术为了满足航空航天、集成电子制造、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)等高技术发展的要求，对加工精度和加工质量提出了更高的要求，而高质量的微进给机构是实现精密加工的关键。微进给工作台利用压电陶瓷的逆电效应，具有比其它驱动器有更多的优点，如体积小、位移分辨率高、位移重复性好、响应速度快、属处理大、可采用相对简单的控制方式等，是目前微进给技术中广泛应用的驱动元件。本文以压电陶瓷位移特性、柔性铰链和控制系统理论为基础，

4、系统的研究压电驱动微进给工作台的设计和应用，开发使用压电驱动微进给装置。本文的主要工作及贡献如下：(1)进行了微进给机构设计的总体方案设计；(2)首先对柔性铰链进行了理论分析，得出了柔性铰链转角刚度的计算公式，然后用有限元法对公式计算进行了验证；系统地分析了对称复合平行四杆机构的导向性能，得到了它的刚度、固有频率、最大应力的计算公式。关键词：精密加工，柔性铰链，压电陶瓷，微进给，有限元华东交通大学毕业设计Micro-drivedesignAbstractSteppingintothe21stcentury,withthedevelopmentofscienceandtechnology,

5、withtherequirementofaeronautics,integratedelectronicmanufacture,MEMS,manufacturetechnologyforhighprecisionandhighqualityisrequired.Andmicro-positioningdesignwithhighperformanceisthekeytorealizeprecisionmachining.Asitsinversepiezoelectricityeffect,PZTceramicmaygetmicropositionunderDCpowerandisline

6、artothevoltageofthedrivenpower.41华东交通大学毕业设计PZTceramichassuperiorcharacteristicsinmicropositionsystemthanotheractuators,suchassmallvolume,highmotionresolution,repetitionaccuracy,rapidmotionspeed,bigoutputforceandrelativesimplecontrolmethod,andit’sawidelyusedactuatorinmicropositionsystem.Ausefulmic

7、roprecisiontableinengineeringwasdevelopedbasedonthemotioncharacteristicsofPZTactuator,parallelflexurehingedesigntheory,controlsystemtheoryandmicro-positioningsensor.DesignandapplicationofthePZTdrivenmicro-positioningta