新型双臂菱形压电柔性机构理论设计与建模

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1、新型双臂菱形压电柔性机构理论设计与建模蒋州曹军义凌明祥曾明华林京西安交通大学机械工程学院中国工程物理研究院总体工程研究所摘要：针对目前传统菱形位移放大机构的输岀刚度、固有频率和位移放大比无法同时提高的问题，提出了一种双臂复合菱形柔性机构，并介绍了其理论设计与建模方法。基于欧拉-伯努利梁理论和卡氏第二定理，推导出双臂复合菱形柔性机构的位移放大比和刚度解析模型，利用拉格朗口方程建立了该柔性机构的固有频率解析模型，并通过商业有限元软件验证了解析模型的准确性。根据理论计算结果,通过电火花切割工艺加工出复合柔性机构，并与相同尺

2、寸参数的传统菱形位移放大机构进行实验比较研究。实验结果表明，压电双层臂柔性机构的固有频率为1330Hz，位移放大比为4.2,同吋提高了固有频率和放大比。此外，所建立的位移放大比和固有频率力学解析模型可以为新型压电柔性机构的优化设计提供理论指导。关键词：压电执行器;微位移放大;柔性较链;三角形位移放大机构;作者简介：蒋州，男，1993年生。西安交通大学机械工程学院硕士研究生。主要研究方向为压电智能结构建模与振动控制。E-mei订:jiangzhou_xy@163.com。作者简介：曹军义，男，1977年生。西安交通大学

3、机械工程学院副教授、博士研究生导师。作者简介：凌明祥，男，1986年生。西安交通大学机械工程学院博士研究生，中国工程物理研究院总体工程研究所工程师。作者简介：曾明华，男，1993年生。西安交通大学机械工程学院硕士研究生。作者简介：林京，男，1971年生。西安交通大学机械工程学院教授、博士研究生导师。收稿日期:2016-12-05基金：国家自然科学基金资助项目(51575426,51421004)TheoreticalDesignandModelingofaNovelPiezo-drivenRhombicFlexure

4、MechanismwithDoubleBeamsJIANGZhouCAOJunyiLINGMingxiangZENGMinghuaLINJingSchoolofMechanicalEngineering,Xi'anJiaotongUniversity;Abstract：Designandmodelingofanewdiamondmicro~disp1acementmechanismwithdoubleflexiblebeamswaspresentedtoovercometheissuethattheoutputsti

5、ffness,naturalfrequencyanddisplacementamplificationratioofthetraditionaldiamonddisplaccmentamplificationmochanismmightnotbeimprovedatthesametime.Thestaticanalysismodelofdisplacementamplificationratioandinput/outputstiffnessofthemechanismwerederivedbasedonCastig

6、liano,ssecondtheorem.Analyticalmodelofna.turalfrequencywasalsodeducedbyfurtheremployingtheLagrangeequation.Thefiniteclcmcntanalysiswasusedtoverifytheaccuracyoftheanalyticalmodels.Aprototypeoftheproposedcompliantmechanismwasmachinedbymeansofelectricsparkcuttingp

7、rocessesandtheperformancemeasurementwasperformedforcomparativeanalysiswiththetraditionalmechanismwiththesamedimensions.Experimentalresultsshowthatthenaturalfrequcncyofthecompositecompliantmechanismisas1330Ilzanddisplacementamplificationratioisas4.2.Inaddition,t

8、hemodelingmethodandthecorrespondingtheoreticalformulaproposedhereinmayprovideausefulrefereneefortheoptimaldesignanddevelopmentofsimilardisplacementamplificationmechanisms.Ke