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基于摩擦传动的高分辨率和大冲程的微量进给机械系统 哈尔滨工业大学机电工程学院刘海涛，卢泽生 摘要 在摩擦传动原理的基础上,设计了一种通过压电陶瓷结合螺杆轴和气体静压引导的方式驱动的长冲程和高分辨率的微量进给系统。设计用来使加载装置可以灵活的起落。利用有限元方法对柔性连接装置对它的静态特性进行分析。对这种微量进给系统的传输特性进行了详细的分析。 关键词： 摩擦传动 压电传动装置 柔性铰链 有限元 1.简介 光学在航空、航天、国防等领域中已得到广泛应用的行业。然而,生产的大型光学镜面面临着巨大的困难,效率较低、成本较高、增加在工艺设备的要求等。为了获得更高的精度，高微位移分辨率超-先进精密机床有待进一步深入,以补偿加工误差。因此,微量进给机制的设计已成为其关键技术之一。压电陶瓷是一种近年来发展起来的新型的微量进给机制。它所拥有的优势,比如体积小、功率大、分辨率高和高频率响应,恒温,不反弹，无粘性。因此它广泛使用在微量进给机制。如今,摩擦传动机制逐步被获得和使用。 2．微量进给机制的结构和工作原理 微量进给机制是由三个部分组成:摩擦传动装置、滚珠螺杆及静态压力空气轴承引导的方式。采用压电陶瓷微量进给机制阻滞,这些摩擦传动扭曲向上套筒和驱动器 滚珠丝杠,从而带动空气轴承引导地实现了微量进给运动。 结构如图1所示。 轴承支架，2.活塞，3、活塞缸，4.精压力空气轴承导轨，5.滚珠丝杠，6. 压电陶瓷底座，7.压电陶瓷底座 图一：进给机构的结构 按照图2所示的进给系统工作原理是,套筒连接着球摩擦传动螺杆、四个模块是放置的两侧对称的轴套。每一块由相应的压电陶瓷用于驱动,这种机制由于是由压电陶瓷驱动，适用于夹持产生夹力。进给机制的运作,压电陶瓷适用于夹持在同一阵营的摩擦传动驱动都工作在特定块整齐,从而使摩擦传动套筒连续的传动。 图1:(b)进给系统图片 图2:进料机构的运行原理 3．结合设计的可调机制 拧紧调节机制是一个需要在摩擦传动机构，它必须有足够的 预紧力。典型的方法是钢板弹簧预紧预紧机制，螺旋预紧 机制，气压预紧机制等。该拧紧机制本文设计的 灵活的平行四杆机构。这是由压电陶瓷droved供应预紧力。该 预紧力可以改变控制的压电陶瓷输入电压。 如图3所示，利用有限元软件分析的静态特性。当驱动力的 压电陶瓷是在最大500N的，灵活安排四杆机构刚度，有限元分析 软件，是K =24.15N/μm，以及最大应力弹性铰链是= 32.7Mpa。如果没有灵活失真 四杆机构（即当摩擦传动板块跟硬性），输出力的压电 陶瓷将完全转化为预紧通过灵活的四杆机构的力量。 P:导程，m R：套筒半径，m Ms：滚珠螺杆质量，kg Mt：套筒质量，kg 通过以上分析,我们得到的等效转动惯量的摩擦的袖子。现在我们选择摩擦的袖子一样对象来讨论这个驱动力矩(动力),是需要装置时开始及其影响因素。下列方程装置时开始工作： J：等效转动惯量，kg。m2 R：摩擦套筒半径，m ：套筒摩擦角加速度，rad/s2 M：驱动力矩，n。m F：驱动力（摩擦片与套筒之间的摩擦力），n 当系统启动时，一个适宜的驱动器偏转组应该被应用于摩擦套，以使该套可以有一定的角加速度。该驱动器偏转组所产生的压电输出力陶瓷。由式2我们可以得到的等效转动惯量的系统，半径套的摩擦和驱动器对压电陶瓷（爆发摩擦块之间的摩擦和摩擦套），是影响力机制启动的因素，所以我们应该考虑各因素，以确保机制正常启动。 4.2驱动刚性 刚性的驱动是其中的重要驱动进给机构的特征之一。现在我们将分析驾驶进给机构的刚度详细的证明。不灵活的进给机构的级联连接刚度的饲料的每一个片段的机制,这种机制有计算公式如下: K：进刀机构总体硬度 Ky：压电陶瓷刚度 Kf：接触刚度之间的接触摩擦表面的摩擦刚性块体和压电陶瓷套筒 Ks：导螺杆轴向刚度 Ks：从轴向刚度改变导螺杆的扭转刚度 Kn：螺母刚度 Kb：轴向载荷 Kh：轴承座机轴承架螺母的刚度 Kd：螺母连接块轴向刚度 这是部分的分析和计算的刚性。 4.2.1压电陶瓷刚度 本文用压电陶瓷微定位是打印的WTYD0808055陶瓷生产的中国电子科技集团公司先研究所。通过它的刚度测量实验15.15N /μm,如图4 4.2.2接触表面的接触刚度、摩擦块之间的套筒 两个物体互相接触将在以前的某些行动切向相对滑移过渡切向外部力量，这被称为预位移。力和位移之间的比例关系，实际上反映了一个刚性的特点。相应的刚性现在是： K：常数 N：正压力 R：对摩擦半径的理想化的球体表面 很明显的,特殊摩擦方程出发,得到了齿轮传动系统、钾是由实验,r是常量,唯一的影响 动人的刚性因素常压N .很明显,更大的N、较大的接触刚度K。 图4:刚度曲线的压电陶瓷 4.2.3 轴向刚度的改变,从扭转刚度的导螺杆 传动链