外文翻譯--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) 中文版 (2)

1、<p>　　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)</p><p>　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院劉海濤，盧澤生</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　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

2、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。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 摩擦傳動(dòng) 壓電傳動(dòng)裝置 柔性鉸鏈 有限元</p><p><b>　　1.簡(jiǎn)介</b></p><p>　　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

3、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。</p><p>　　2．微量進(jìn)給機(jī)制的結(jié)構(gòu)和工作原理</

4、p><p>　　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</p><p>　　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。</p><p>　　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

5、陶瓷底座</p><p>　　圖一：進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　按照?qǐng)D2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)。</p><p&g

6、t;　　圖1:(b)進(jìn)給系統(tǒng)圖片</p><p>　　圖2:進(jìn)料機(jī)構(gòu)的運(yùn)行原理</p><p>　　3．結(jié)合設(shè)計(jì)的可調(diào)機(jī)制</p><p>　　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

7、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/μm，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。</p><p>　　4．驅(qū)動(dòng)特性分析的機(jī)制</p><p&g

8、t;　　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愿纳普w性能，并提供了設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　4.1驅(qū)動(dòng)力矩</b></p><p>　　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前和轉(zhuǎn)換后，各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，

9、轉(zhuǎn)化為摩擦套。正因?yàn)槿绱?，我們可以得到轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。</p><p>　　圖三:計(jì)劃的靜態(tài)特性分析結(jié)合的機(jī)制</p><p><b>　　P:導(dǎo)程，m</b></p><p><b>　　R：套筒半徑，m</b></p><p>　　Ms：滾珠螺桿質(zhì)量，kg</p><p&g

10、t;　　Mt：套筒質(zhì)量，kg</p><p>　　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：</p><p>　　J：等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg。m2</p><p>　　R：摩擦套筒半徑，m</p><p>　?。禾淄材Σ两羌铀俣?/p>

11、，rad/s2</p><p>　　M：驅(qū)動(dòng)力矩，n。m</p><p>　　F：驅(qū)動(dòng)力（摩擦片與套筒之間的摩擦力），n</p><p>　　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）

12、，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)。</p><p><b>　　4.2驅(qū)動(dòng)剛性</b></p><p>　　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?，F(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:</p><p>　　K：進(jìn)刀機(jī)

13、構(gòu)總體硬度</p><p><b>　　Ky：壓電陶瓷剛度</b></p><p>　　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</p><p>　　Ks：導(dǎo)螺桿軸向剛度</p><p>　　Ks'：從軸向剛度改變導(dǎo)螺桿的扭轉(zhuǎn)剛度</p><p><b>　　

14、Kn：螺母剛度</b></p><p><b>　　Kb：軸向載荷</b></p><p>　　Kh：軸承座機(jī)軸承架螺母的剛度</p><p>　　Kd：螺母連接塊軸向剛度</p><p>　　這是部分的分析和計(jì)算的剛性。</p><p>　　4.2.1壓電陶瓷剛度</p>

15、<p>　　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 /µm,如圖4</p><p>　　4.2.2接觸表面的接觸剛度、摩擦塊之間的套筒</p><p>　　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

16、點(diǎn)。相應(yīng)的剛性現(xiàn)在是：</p><p><b>　　K：常數(shù)</b></p><p><b>　　N：正壓力</b></p><p>　　R：對(duì)摩擦半徑的理想化的球體表面</p><p>　　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</p>&l

17、t;p>　　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。</p><p>　　圖4:剛度曲線的壓電陶瓷</p><p>　　4.2.3 軸向剛度的改變,從扭轉(zhuǎn)剛度的導(dǎo)螺桿</p><p>　　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：</p><p>　　是螺旋上升的鉛角，（

18、°）;</p><p>　　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;</p><p>　　是在絲桿和螺母之間的摩擦角，（°）;</p><p>　　是對(duì)絲杠扭轉(zhuǎn)剛度，Nmm/rad;</p><p><b>　　是絲杠扭轉(zhuǎn)，rad</b></p>

19、<p>　　P是絲桿長(zhǎng)度，mm;</p><p>　　G是絲桿剪切彈性模量，Mpa;</p><p><b>　　是截面慣性矩，mm</b></p><p>　　L是兩個(gè)推力軸承的距離，mm</p><p>　　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

20、可以得到剛性通過(guò)查找表和計(jì)算?？傊ㄟ^(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。</p><p>　　5.進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究</p><p>　　5.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)</p><p>　　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。</p&g

21、t;<p>　　圖5:基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)</p><p>　　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。</p><p>　　圖6:適合以三次代數(shù)多項(xiàng)式<

22、;/p><p>　　控制電壓和距離的關(guān)系式公式7所示</p><p>　　x是輸出的距離,µm;</p><p><b>　　u控制電壓,V。</b></p><p>　　5.2實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)分辨率</p><p>　　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0.15

23、1;m。 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。</p><p>　　圖7:距離分辨率曲線的進(jìn)給機(jī)制</p><p><b>　　6．結(jié)論</b></p><p>　　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:<

24、/p><p>　　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;</p><p>　　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;</p><p>　　3. 微進(jìn)給機(jī)構(gòu)可以達(dá)到300mm，分辨率小于0.05μm少。</p><p><b>　

25、　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.Seugng-Bok Choi, Sang-Soo Han. Position Control System Using ER Clutch and Piezoactuator. Pro. of SPIE, 2003, 5056: 424~431 </p><p>　　2．Suzuki H, Kodera S, Mabkawa S,

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