基于摩擦傳動(dòng)的高分辨率和大沖程的微量進(jìn)給機(jī)械系統(tǒng)#中英文翻譯#外文翻譯匹配

基于摩擦傳動(dòng)的高分辨率和大沖程的微量進(jìn)給機(jī)械系統(tǒng) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院劉海濤，盧澤生 摘要 在摩擦傳動(dòng)原理的基礎(chǔ)上 ,設(shè)計(jì)了一種通過(guò)壓電陶瓷 結(jié)合螺桿軸和氣體靜壓引導(dǎo)的方式驅(qū)動(dòng)的長(zhǎng)沖程和高分辨率的 微量進(jìn)給 系統(tǒng)。設(shè)計(jì)用來(lái)使加載裝置可以靈活的起落。利用有限元方法對(duì)柔性連接裝置對(duì)它的靜態(tài)特性進(jìn)行分析。對(duì)這種微量進(jìn)給系統(tǒng)的傳輸特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析。 關(guān)鍵詞 ： 摩擦傳動(dòng) 壓電傳動(dòng)裝置 柔性鉸鏈 有限元 1.簡(jiǎn)介 光學(xué) 在 航空、航天、國(guó)防等領(lǐng)域中已得到廣泛應(yīng)用的行業(yè)。 然而 ,生產(chǎn)的大型光學(xué)鏡面面臨著巨大的困難 ,效 率較低、成本較高、增加在工藝設(shè)備的要求等。為了獲得更高的精度，高微位移 分辨率超 -先進(jìn)精密機(jī)床有待進(jìn)一步深入 ,以補(bǔ)償加工誤差。因此 ,微量進(jìn)給機(jī)制的設(shè)計(jì)已成為其關(guān)鍵技術(shù)之一。 壓電陶瓷是一種 近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的 新型的 微量進(jìn)給機(jī)制。 它所擁有的優(yōu)勢(shì) ,比如體積小、功率大、分辨率高和高頻率響應(yīng) ,恒溫 ,不反彈，無(wú)粘性。因此它廣泛使用在微量進(jìn)給機(jī)制。如今 ,摩擦傳動(dòng)機(jī)制逐步被 獲得和使用。 2微量進(jìn)給機(jī)制 的結(jié)構(gòu)和工作原理 微量進(jìn)給機(jī) 制是由三個(gè)部分組成 :摩擦傳動(dòng)裝置、滾珠螺桿及 靜態(tài)壓力空氣軸承 引導(dǎo)的方式。采用壓電陶瓷 微量進(jìn)給機(jī)制阻滯 ,這些摩擦傳動(dòng)扭曲向上套筒和驅(qū)動(dòng)器 滾珠絲杠 ,從而帶動(dòng)空氣軸承引導(dǎo)地實(shí)現(xiàn)了微量進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 結(jié)構(gòu)如圖 1所示。 1， 軸承支架， 2.活塞， 3、活塞缸， 4.精壓力空氣軸承導(dǎo)軌， 5.滾珠絲杠 ， 6. 壓電陶瓷底座 ， 7.壓電陶瓷底座 圖一：進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 按照?qǐng)D 2所示的 進(jìn)給系統(tǒng)工作原理是 ,套筒連接著球摩擦傳動(dòng)螺桿、四個(gè)模塊是放置的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的軸套。每一塊由相應(yīng)的壓電陶瓷用于驅(qū)動(dòng) ,這種機(jī)制由于是由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，適用于 夾持產(chǎn)生夾力。進(jìn)給機(jī)制的運(yùn)作 ,壓電陶瓷適用于夾持在同一陣營(yíng)的摩擦傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)都工作在特定塊整齊 ,從而使摩擦傳動(dòng)套筒 連續(xù)的傳動(dòng)。 圖 1:(b)進(jìn)給系統(tǒng)圖片 圖 2:進(jìn)料機(jī)構(gòu)的運(yùn)行原理 3結(jié)合設(shè)計(jì)的可調(diào)機(jī)制 擰緊調(diào)節(jié)機(jī)制是一個(gè)需要在摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它必須有足夠的 預(yù)緊力。 典型的方法是鋼板彈簧預(yù)緊預(yù)緊機(jī)制，螺旋預(yù)緊 機(jī)制，氣壓預(yù)緊機(jī)制等。 該擰緊機(jī)制本文設(shè)計(jì)的 靈活的平行四桿機(jī)構(gòu)。這是由壓電陶瓷 droved 供應(yīng)預(yù)緊力。 該 預(yù)緊力可以改變控制的壓電陶瓷輸入電壓。 如圖 3 所示，利用有限元軟件分析的靜態(tài)特性。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的 壓電陶瓷是在最大 500N的，靈活安排四桿機(jī)構(gòu)剛度，有限元分析 軟件，是 K =24.15N/m，以及 最大應(yīng)力彈性鉸鏈?zhǔn)?= 32.7Mpa。 如果沒(méi)有靈活失真 四桿機(jī)構(gòu)（即當(dāng)摩擦傳動(dòng)板塊跟硬性），輸出力的壓電 陶瓷將完全轉(zhuǎn)化為預(yù)緊通過(guò)靈活的四桿機(jī)構(gòu)的力量。 4驅(qū)動(dòng)特性分析的機(jī)制 學(xué)習(xí)和掌握輻射源驅(qū)動(dòng)特性的機(jī)制以便采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以改善整體性能，并提供了設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 4.1驅(qū)動(dòng)力矩 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，有一個(gè)初步的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量作為零件的質(zhì)量存在問(wèn)題的結(jié)果。為了研究驅(qū)動(dòng)力矩，選擇摩擦傳動(dòng)套筒為主體的影響。根據(jù)該理論認(rèn)為，動(dòng)力學(xué)傳動(dòng)裝置的能量是一樣的火車(chē)前和轉(zhuǎn)換后，各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)化為摩擦套。正因?yàn)槿绱?，?們可以得到轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 圖三 :計(jì)劃的靜態(tài)特性分析 結(jié)合的機(jī)制 2222 )2()2()2(21 pmpmpmrmJ DLST += P:導(dǎo)程， m R：套筒半徑， m Ms：滾珠螺桿質(zhì)量， kg Mt：套筒質(zhì)量， kg 通過(guò)以上分析 ,我們得到的 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的摩擦的袖子?，F(xiàn)在我們選擇摩擦的袖子一樣對(duì)象來(lái)討論這個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩 (動(dòng)力 ),是需要裝置時(shí)開(kāi)始及其影響因素。下列方程裝置時(shí)開(kāi)始工作： rF=M=J J：等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， kg。 m2 R：摩擦套筒半徑， m ：套筒摩擦角加速度， rad/s2 M：驅(qū)動(dòng)力矩， n。 m F：驅(qū)動(dòng)力（摩擦片與套筒之間的摩擦力）， n 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，一個(gè)適宜的驅(qū)動(dòng)器偏轉(zhuǎn)組應(yīng)該被應(yīng)用于摩擦套，以使該套可以有一定的角加速度。該驅(qū)動(dòng)器偏轉(zhuǎn)組所產(chǎn)生的壓電輸出力陶瓷。由式 2我們可以得到的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的系統(tǒng)，半徑套的摩擦和驅(qū)動(dòng)器對(duì)壓電陶瓷（爆發(fā)摩擦塊之間的摩擦和摩擦套），是影響力機(jī)制啟動(dòng)的因素，所以我們應(yīng)該考慮各因素，以確保機(jī)制正常啟動(dòng)。 4.2驅(qū)動(dòng)剛性 剛性的驅(qū)動(dòng)是其中的重要驅(qū)動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的特征之一。 現(xiàn)在我們將分析駕駛進(jìn)給機(jī)構(gòu)的剛度詳細(xì)的證明。不靈活的進(jìn)給機(jī)構(gòu)的級(jí)聯(lián)連接剛度的飼料的每 一個(gè)片段的機(jī)制 ,這種機(jī)制有計(jì)算公式如下 : DHBNSSFY KKKKKKKKK111111111+= K：進(jìn)刀機(jī)構(gòu)總體硬度 Ky：壓電陶瓷剛度 Kf： 接觸剛度之間的接觸摩擦表 面的摩擦剛性塊體和壓電陶瓷套筒 Ks： 導(dǎo)螺桿軸向剛度 Ks：從軸向剛度改變導(dǎo)螺桿的扭 轉(zhuǎn)剛度 Kn：螺母剛度 Kb：軸向載荷 Kh：軸承座機(jī)軸承架螺母的剛度 Kd：螺母連接塊軸向剛度 這是部分的分析和計(jì)算的剛 性。 4.2.1壓電陶瓷剛度 本文用壓電陶瓷微定位是打 印的 WTYD0808055陶瓷生產(chǎn)的中國(guó)電子科技集團(tuán)公司先研究所。通過(guò)它的剛度測(cè) 量實(shí)驗(yàn) 15.15N /m,如圖 4 4.2.2接觸表面的接觸 剛度、摩擦塊之間的套筒 兩個(gè)物體互相接觸將在以前的某些行動(dòng)切向相對(duì)滑移過(guò)渡切向外部力量，這被稱(chēng)為預(yù)位移。力和位移之間的比例關(guān)系，實(shí)際上反映了一個(gè)剛性的特點(diǎn)。相應(yīng)的剛性現(xiàn)在是： 3131 NkrFK = K：常數(shù) N：正壓力 R： 對(duì)摩擦半徑的理想化的球體 表面 很明顯的 ,特殊摩擦方程出 發(fā) ,得到了齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)、鉀是由實(shí)驗(yàn) ,r是常量 ,唯一的影響 動(dòng)人的剛性因素常壓 N .很明顯 ,更大的 N、較大的接觸剛度 K。 圖 4:剛度曲線 的壓電陶瓷 4.2.3 軸向剛度的改變 ,從扭轉(zhuǎn)剛度的導(dǎo)螺桿 傳動(dòng)鏈方面的需要進(jìn)行改造時(shí)統(tǒng)一計(jì)算它的剛性。因此，扭轉(zhuǎn)剛性必須轉(zhuǎn)換成下面的公式軸向剛度： LGJMK PT = TS KpdK += )tan (4 是 螺旋上升的鉛角，（） ; D是絲桿直徑， mm; F是絲桿軸向力 ,N; M是絲桿輸入時(shí)刻， N mm; 是 在絲桿和螺母之間的摩擦角，（） ; TK 是 對(duì)絲杠扭轉(zhuǎn)剛度， Nmm/rad; 是 絲杠扭轉(zhuǎn)， rad P是絲桿長(zhǎng)度， mm; G是絲桿剪切彈性模量， Mpa; PJ 是 截面慣性矩， mm L是兩個(gè)推力軸承的距離， mm 螺母連接的剛性塊軸向可以得到的有限元分析。螺母支架的剛度和軸承塊是非常大的，可以予以辭退。其他部分可以得到剛性通過(guò)查找表和計(jì)算?？傊?，通過(guò)演繹著驅(qū)動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的剛性方程，我們已經(jīng)找到了影 響因素每一次駕駛駕駛部分，它提供了有關(guān)駕駛特性研究的 基礎(chǔ)上進(jìn)一步造成剛性。 5.進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究 5.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ) 如圖 5所示，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是由送料機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器其電源供應(yīng)器及電感測(cè)微儀。 圖 5:基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 本文采用一種基于平均控制 曲線模型建立開(kāi)環(huán)控制模型。首先 ,實(shí)驗(yàn)曲線測(cè)量壓電陶瓷控制電壓之間的關(guān)系和滑動(dòng)運(yùn)輸距離。利用 Matlab軟件以適應(yīng)線 ,以三次代數(shù)多項(xiàng)式擬合線 ,線擬合誤差 ,是一樣的顯示在圖 6,由此我們得到相應(yīng)的關(guān)系表達(dá)式的控制電壓和距離和因此控制距離的進(jìn)給機(jī)制。 圖 6:適合以三次代數(shù)多項(xiàng)式 控制電壓和距離的關(guān)系式公式 7所示 0 . 0 22-0044.0103.5108.1- 2-53-7 uuux += x是輸出的距離 ,m; u控制電壓 ,V。 5.2實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)分辨率 如圖 7,壓電陶瓷具有一定的伸長(zhǎng)。 就在這個(gè)時(shí)候 ,距離工作表微 0.15m。 然后一步拉伸逐漸在此基礎(chǔ)上 ,保持 1.5在每一時(shí)刻。 采樣時(shí)間是控寄存器。 這 分辨率曲線可以獲得實(shí)踐的距離 ,通過(guò)測(cè)量微進(jìn)給機(jī)構(gòu)使用的電感 測(cè)微儀。 圖 7:距離分辨率曲線的 進(jìn)給機(jī)制 6結(jié)論 微進(jìn)給機(jī)構(gòu)一步用長(zhǎng)征、高分辨率的設(shè)計(jì) ,并在此基礎(chǔ)上從以下 結(jié)論分析得出 : 1.結(jié)合機(jī)理的基礎(chǔ)上 ,設(shè)計(jì)了壓電陶瓷靈活的鐵鉸鏈和分析了它 靜態(tài)特性 ,采用有限元分析軟件 ; 2.分析了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 ;分析了駕駛剛度特性的微進(jìn)給機(jī)構(gòu) ,發(fā)現(xiàn)其影響因素 ; 3. 微進(jìn)給機(jī)構(gòu)可以達(dá)到 300mm，分辨率小于 0.05 m少。 參考文獻(xiàn) 1.Seugng-Bok Choi, Sang-Soo Han. 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