1、精密仪器设计第四章作业1试分析图 1 中机构的特点分析机构原理并画出原理图；分析机构的主要优点？ (a) (b) (c) (d) (e) 电 压 U 共 n片 压 电 系 数 d L t 图 1 微位移机构a）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
2、比例为=（ 1+1）（ 1+32）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)R R1R2 R3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 x 和 y。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
3、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 , , 等 3 个微动自由度。x=1+22 12主要优点与（a）相同d）X Xi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、K B，输入位移为 Xi，则微动台的位移 X 为x= +如果 ，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
4、1/50 缩小率的两极杠杆机构，缩小率可有如下公式计算得=2143应用此公式，可计算出（e）中第二个图中的缩小率为 7.577.5+7.51562.5=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=5.510-16m2/V2； V=300 伏。(提示：电致伸缩微位移器结构：机械串联，电压并联)t D l 图 2 电致伸缩微位移器答：由于 , ，又由于s=D=, ,得s=2
5、=D=2 =10.725特性曲线如下：图 2.1 电致伸缩位移器的特性曲线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 dmax510 -3m；悬吊金属丝长度 L=410-1m；空气导磁率0 100 200 300 400 500 60005101520253035电 压V/V总位移D/um00.6210 -6H/m； N=80 圈； I=2 安；磁极截面积 S 取（510 -3）（510 -3）m 2；弹簧为圆柱形螺旋弹簧，弹簧系数 =(2.83102)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22=0得d=02222=2.86
