大行程三维工作台研制
发布时间：2021-07-27 13:40
近年来超精密加工技术发展迅猛,促进了微纳米测量技术的应用与微纳米三坐标测量机（micro-nano CMM）的诞生,其中大行程、高精度的微定位系统是实现微纳米测量的关键基础,微动定位平台的开发具有重要意义。本文基于压电陶瓷驱动的方式,提出了一种新型大行程三维微动工作台的设计方案。以X-Y二维工作台为研究对象,结合串联构型和柔性铰链,分析和研究了微动工作台的关键技术。通过对机构运动构型和平台构成元件进行选择,运用理论计算和有限元分析的方法分析设计了一种新型的大行程X-Y微动工作台。本论文的主要研究设计内容如下:1.以压电陶瓷驱动为基础,提出杠杆放大结合柔性铰链传动的原理,运用理论计算结合有限元分析提出一种新型大行程X-Y二维微动工作台的设计方案;2.通过对柔性铰链的理论计算和有限元仿真,提出平行四杆机构柔性移动副结构用于消除串联结构的耦合。经过对单平行四杆机构、双平行四杆机构以及复合平行四杆机构的比较分析,最终选择双平行四杆机构,并结合有限元分析完成XY二维工作台的消除耦合设计;3.结合X-Y二维工作台的设计方法,完成Z向工作台的设计工作。并通过有限元分析验证所设计的三维微动工作台的各项...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
螺旋式机构Fig1.1Screwmechanism
合肥工业大学硕士学位论文2用。而对于高精度定位平台系统的研究也主要集中在微动工作台的结构设计及其使用的位移驱动机构和位移传动机构等方面。位移驱动机构主要是根据采集与处理的信号实时准确地输出平台所需位移，位移传动机构则起到传递位移和作用力，实现高精度定位的作用。研究人员通过将各种方法和机构设计与创新，在提高位移行程、位移分辨力、定位精度及系统稳定性等性能指标上不断进行着努力。1.2.1微动台位移驱动机构研究现状依据驱动原理的不同，实现微位移的驱动方式主要可分为机械驱动式、静电驱动式、磁致伸缩式和压电陶瓷式等：（1）机械驱动式常见的机械驱动机构有以下几种：1）螺旋式机构图1.1螺旋式机构Fig1.1Screwmechanism如图1.1所示为螺旋式机构示意图，通过手轮带动螺杆旋转，可利用螺旋传动原理实现微小位移。2）扭轮摩擦式机构图1.2扭轮摩擦式机构Fig1.2Torsionwheelfrictionmechanism如图1.2所示为扭轮摩擦式机构示意图，当一对摩擦副中的主动杆与从动杆轴线之间形成很小的角度时，即构成一对扭轮式摩擦副。3）弹性变形式机构
第一章绪论3图1.3弹性变形式机构Fig1.3Elasticallydeformablemechanism如图1.3所示为弹性变形式机构动力学模型示意图，从动弹簧的刚度k2与主动弹簧的刚度k1之间相差越大，机构可实现微位移的分辨力和精度就越高。上述机械驱动式机构均可自动或是手动地实现微小位移的驱动，然而大多存在着摩擦损耗大、定位空程影响及定位精度较低等问题。（2）静电驱动式电荷之间存在“异性相吸、同性相斥”的相互作用力，即库仑力。静电式驱动正是一种利用库仑力驱动电极发生平移或者转动的驱动方式。库仑力的大小与正负电极中电荷载荷量的数量积成正比，与正负电荷间距离的平方成反比，宏观上则表现为与电流大孝器件表面积或尺寸有关，因此常见的静电式驱动器又被分为平行板电容式、划痕驱动式和梳状电极式等。虽然静电式驱动具有精度高、响应快等优点，但也存在输出负载力弱、行程孝寿命短等问题，且应用场合局限性较大。（3）磁致伸缩式图1.4磁致伸缩式机构Fig1.4Magnetostrictivemechanism如图1.4所示为磁致伸缩式机构原理示意图，运动元件与磁致伸缩棒相连，利用磁致伸缩原理，即磁性材料的长度会随着磁场强度的变化而变化，实现微小位移运动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一维纳米定位控制系统[J]. 李瑞君,赵文楷,何园涛,黄强先. 红外与激光工程. 2018(10)
[2]大行程纳米级定位工作台的结构设计[J]. 陈琦. 光学精密工程. 2016(05)
[3]细胞显微操作的自动调焦及图像处理[J]. 谢瑜,曾凤,周赟磊,刘翀. 中国科技论文. 2015(10)
[4]面向21世纪的超精密加工技术[J]. 荣烈润. 机电一体化. 2003(02)
[5]柔性铰链的应用[J]. 吴鹰飞,周兆英. 中国机械工程. 2002(18)
[6]单轴柔性铰链设计方法研究[J]. 李玉和,李庆祥,陈璐云,白立芬. 清华大学学报(自然科学版). 2002(02)
[7]具有纳米级分辨率的超精密定位工作台[J]. 林德教,吴健,殷纯永. 光学技术. 2001(06)
博士论文
[1]基于双频激光干涉测量的大行程纳米定位技术及其应用研究[D]. 于海利.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
硕士论文
[1]基于潘式压电马达的毫米行程纳米位移台的研究[D]. 徐胜.浙江理工大学 2017
[2]桥式柔顺微定位平台的设计、优化与实验研究[D]. 杜志元.山东大学 2016
[3]基于压电驱动的大行程完全解耦的二自由度微/纳定位平台的设计与研究[D]. 席龙泉.天津理工大学 2013
[4]压电驱动微动定位平台系统设计与开发[D]. 黄挺朋.浙江大学 2008
本文编号：3305888
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
螺旋式机构Fig1.1Screwmechanism
合肥工业大学硕士学位论文2用。而对于高精度定位平台系统的研究也主要集中在微动工作台的结构设计及其使用的位移驱动机构和位移传动机构等方面。位移驱动机构主要是根据采集与处理的信号实时准确地输出平台所需位移，位移传动机构则起到传递位移和作用力，实现高精度定位的作用。研究人员通过将各种方法和机构设计与创新，在提高位移行程、位移分辨力、定位精度及系统稳定性等性能指标上不断进行着努力。1.2.1微动台位移驱动机构研究现状依据驱动原理的不同，实现微位移的驱动方式主要可分为机械驱动式、静电驱动式、磁致伸缩式和压电陶瓷式等：（1）机械驱动式常见的机械驱动机构有以下几种：1）螺旋式机构图1.1螺旋式机构Fig1.1Screwmechanism如图1.1所示为螺旋式机构示意图，通过手轮带动螺杆旋转，可利用螺旋传动原理实现微小位移。2）扭轮摩擦式机构图1.2扭轮摩擦式机构Fig1.2Torsionwheelfrictionmechanism如图1.2所示为扭轮摩擦式机构示意图，当一对摩擦副中的主动杆与从动杆轴线之间形成很小的角度时，即构成一对扭轮式摩擦副。3）弹性变形式机构
第一章绪论3图1.3弹性变形式机构Fig1.3Elasticallydeformablemechanism如图1.3所示为弹性变形式机构动力学模型示意图，从动弹簧的刚度k2与主动弹簧的刚度k1之间相差越大，机构可实现微位移的分辨力和精度就越高。上述机械驱动式机构均可自动或是手动地实现微小位移的驱动，然而大多存在着摩擦损耗大、定位空程影响及定位精度较低等问题。（2）静电驱动式电荷之间存在“异性相吸、同性相斥”的相互作用力，即库仑力。静电式驱动正是一种利用库仑力驱动电极发生平移或者转动的驱动方式。库仑力的大小与正负电极中电荷载荷量的数量积成正比，与正负电荷间距离的平方成反比，宏观上则表现为与电流大孝器件表面积或尺寸有关，因此常见的静电式驱动器又被分为平行板电容式、划痕驱动式和梳状电极式等。虽然静电式驱动具有精度高、响应快等优点，但也存在输出负载力弱、行程孝寿命短等问题，且应用场合局限性较大。（3）磁致伸缩式图1.4磁致伸缩式机构Fig1.4Magnetostrictivemechanism如图1.4所示为磁致伸缩式机构原理示意图，运动元件与磁致伸缩棒相连，利用磁致伸缩原理，即磁性材料的长度会随着磁场强度的变化而变化，实现微小位移运动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一维纳米定位控制系统[J]. 李瑞君,赵文楷,何园涛,黄强先. 红外与激光工程. 2018(10)
[2]大行程纳米级定位工作台的结构设计[J]. 陈琦. 光学精密工程. 2016(05)
[3]细胞显微操作的自动调焦及图像处理[J]. 谢瑜,曾凤,周赟磊,刘翀. 中国科技论文. 2015(10)
[4]面向21世纪的超精密加工技术[J]. 荣烈润. 机电一体化. 2003(02)
[5]柔性铰链的应用[J]. 吴鹰飞,周兆英. 中国机械工程. 2002(18)
[6]单轴柔性铰链设计方法研究[J]. 李玉和,李庆祥,陈璐云,白立芬. 清华大学学报(自然科学版). 2002(02)
[7]具有纳米级分辨率的超精密定位工作台[J]. 林德教,吴健,殷纯永. 光学技术. 2001(06)
博士论文
[1]基于双频激光干涉测量的大行程纳米定位技术及其应用研究[D]. 于海利.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
硕士论文
[1]基于潘式压电马达的毫米行程纳米位移台的研究[D]. 徐胜.浙江理工大学 2017
[2]桥式柔顺微定位平台的设计、优化与实验研究[D]. 杜志元.山东大学 2016
[3]基于压电驱动的大行程完全解耦的二自由度微/纳定位平台的设计与研究[D]. 席龙泉.天津理工大学 2013
[4]压电驱动微动定位平台系统设计与开发[D]. 黄挺朋.浙江大学 2008
本文编号：3305888
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