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精密仪器设计作业 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M 1上的a 点产生一绕支点b 转动的微位移，在c 点上使杠杆M 2绕支点d 转动并在e 点处拉动工作台S 作微量位移。杠杆M 3的支点为f ，工作台S 由两个杠杆M 2和M 3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M 1和M 2放大，其放大比例为 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 R1 R2 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。 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K A 、K B ，输入位移为X i ，则微动台的位移X为 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1/50缩小率的两极杠杆机构，缩小率可有如下公式计算得 应用此公式，可计算出（e）中第二个图中的缩小率为 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=5.5×10-16m2/V2；V=300伏。 (提示：电致伸缩微位移器结构：机械串联，电压并联) l 图2 电致伸缩微位移器 答： 由于 , ，又由于 ,得 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d max 5×10-3m ；悬吊金属丝长度L =4×10-1m ；空气导磁率0 0.62×10-6H/m；N=80圈；I=2安；磁极截面积S取（5×10-3）×（5×10-3）m2；弹簧为圆柱形螺旋弹簧，弹簧系数=(2.83×102)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 得