超磁致伸缩驱动器微位移放大机构设计与研究.pdf

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1、2012年7月机械科学与技术July2012第31卷第7期MechanicalScienceandTechnologyforAerospaceEngineeringVol．31No．7超磁致伸缩驱动器微位移放大机构设计与研究112孙中雷，赵美英，尹子栋1(西北工业大学航空学院，西安710072;2西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，西安710072)孙中雷摘要:设计了一种基于柔性铰链的单级对称式微位移放大机构，用于对超磁致伸缩驱动器的微位移输出进行放大。对放大机构的结构形式、结构几何参数、刚度特性进行了分析，研究了提高放大效率的方法，分析了放大机构静态位移输出特性，计

2、算了放大机构的刚度。使用有限元方法进行了放大机构性能仿真，并对放大机构静态位移输出特性、刚度特性进行了实验验证。实验结果表明，本文设计的微位移放大机构位移损失小，负载能力较强，输出效率较高。关键词:微位移放大机构;柔性铰链;静态位移输出特性;超磁致伸缩驱动器中图分类号:TH112文献标识码:A文章编号:1003-8728(2012)07-1050-05DesigningMicro-displacementAmplifierforGiantMagnetostrictiveActuator112SunZhonglei，ZhaoMeiying，YinZidong1(SchoolofAero

3、nautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi'an710072;2KeyLaboratoryofContemporaryDesignandIntegratedManufacturingTechnology，MinistryofEducation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi'an710072)Abstract:Aone-stagesymmetricalmicro-displacementamplifierthatusesflexurehingesisdesignedtoamplifythe

4、micro-displacementoutputofagiantmagnetostrictiveactuator．Itsstructuralform，geometricalparametersandri-gidityareanalyzedtoimproveitsmicro-displacementamplificationefficiency．Wealsodotheanalysisofitsstaticdisplacementoutputcharacteristicsandcalculateitsstiffness．Thefiniteelementmethodisusedtosimu

5、lateitsper-formance，andexperimentsaredonetoverifyitsstaticdisplacementoutputandrigidity．Theexperimentalresultsshowthatthemicro-displacementamplifierwedesignedhassmallmicro-displacementlossandgoodmicro-displace-mentamplificationcapabilityandefficiency．Keywords:micro-displacementamplifier;flexure

6、hinge;staticdisplacementoutput;giantmagnetostrictiveactuator［1］柔性铰链是1960年以后发展起来的一种机械大的位移输出能力。超磁致伸缩材料的位移输传动和支撑机构，具有无摩擦、无间隙、运动分辨率出虽然相对较大，但在一些特定工况下，仍需要对输高的特点，常用来作为微位移放大机构的传动结出位移进行放大才能满足使用需求。基于柔性铰链构，在精密机械、精密测量、微米技术和纳米技术等的放大机构是常用的微位移放大机构之一。领域得到广泛应用。超磁致伸缩材料驱动器是微位利用柔性铰链结构对微位移进行放大有多种方移驱动器的主要类型之一，具有频率响应

7、速度快、输法和原理，如桥式原理、差动式原理、杠杆原理［2～7］出效率高的特点，相比其它类型的智能材料具有更等。Pokines、J．Juuti、Kim等人分别根据桥式放大原理设计了用于压电陶瓷驱动器的微位移放大机［2～4］构。桥式放大机构的特点是放大倍数较高，响收稿日期:2011-06-24作者简介:孙中雷(1980－)，博士研究生，研究方向为飞机结构设计应速度也比较快，但是其输入位移与输出位移并不与复合材料损伤，sdcsunzl@sina．com;赵美英(