矩形柔性铰链式二维并联压电微动平台的设计【开题报告】.docx

矩形柔性铰链式二维并联压电微动平台的设计【开题报告】.docx

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毕业论文开题报告

机械设计制造及其自动化

矩形柔性铰链式二维并联压电微动平台的设计

摘要：

压电陶瓷驱动微定位系统克服了传统机械式、液压式、气动式、电磁定位系统惯性大、响应慢、结构复杂、可靠性差等不足，具有位移分辨率大、反应速度快、结构刚度大、能耗低、不受磁场干扰、无磨损和无需润滑等优点时，柔性铰链具有无机械摩擦、无间隙、运动平滑、灵敏度高等诸多优点。

关键词：

压电陶瓷；柔性铰链；技术路线；进度安排

1、绪论

微动系统一般由微动平台、检测装置、控制系统3部分组成微动平台（或微位移机构）是指行程小（一般小于mm级）、灵敏度和精度高（亚μm级~nm级）的机构,它是微动系统的核心。

微动工作台主要由微位移驱动器、导轨和输出平台等组成。

微位移驱动器直接把输入电压/电流转变成相应的输出位移,而导轨则把此位移量传递到工作台。

它具有体积小、无机械摩擦、导向精度高、加工精度易于保证、不需要装配等特点。

2、选题的背景与意义

高精度定位是现代精密机械和仪器的一个重要特征。

随着集成电路（IC）制造、微型机械电子系统（MEMS）、精密测试系统和精密加工领域的快速发展,迫切需要能够进行大运动范围、高精度、高速定位的装置。

这些领域一般要求定位范围在几百毫米、定位精度在纳米数量级、定位速度在m/s。

例如在IC制造的刻蚀环节中,要做到0.1μm的特征尺寸,工作台的定位精度应达到20nm以内。

由于采用单一驱动方式无法满足对工作台定位精度、运动范围和运动速度的综合要求,设计了宏微双重驱动系统工作台是采用直线电机驱动的大范围、高速度、精密定位系统。

微动工作台对工作台进行定位误差补偿,使其最终定位精度达到微米精度。

基于矩形柔性铰链结构，设计由压电陶瓷执行器驱动的、在X和Y方向上位移行程各为50 µm的二维并联微动平台。

通过该设计，使学生了解压电微动平台的应用领域，掌握柔性结构压电微动平台的设计过程，进而掌握零、部件的一般设计过程。

3、研究的基本内容与拟解决的主要问题

研究的基本内容：

设计的微动工作台是采用柔性铰链支撑和压电陶瓷驱动器驱动。

（1）基于微动平台应同时具有良好的位移输出特性和刚度特性的要求，并考虑材料的加工工艺性，确定微动平台的材料；

（2）基于矩形柔性铰链结构，确定二维串联微动平台的结构形式；

（3）确定矩形柔性铰链与微动平台的几何尺寸；

（4）基于所确定的矩形柔性铰链与微动平台的几何尺寸以及所给定的微动平台的位移行程，计算矩形柔性铰链的最大应力，校核微动平台的强度；计算微动平台的弹性恢复力、刚度；

（5）基于所给定的微动平台的位移行程以及由计算所得的微动平台的弹性恢复力与刚度，确定压电陶瓷执行器的参数：

最大输出位移、最大驱动力、刚度；

（6）分别基于ProE、AutoCAD绘制微动平台的三维造型图、装配图与零件图。

拟解决的主要问题：

1.平台材料的选择，是否可以在原来的基础上加以改进，以增加系统的抗压稳定

性。

2.平台结构的选择，是否可以设计出简单方便测试信号的微动机构。

3.系统力学分析，是否能够计算的足够全面，足够精确。

4.微动平台图学建模，是否可以反映整个设计的完整性和细节性。

4、研究的方法与技术路线

研究方法：

通过收集和查阅各种文献和资料，学习微动平台的原理、方法和应用，掌握目前微动平台的研究和应用动态，了解微动平台设计中存在的各种问题，学习和

掌握微动装置的设计理论和方法。

通过比较分析，提出微动平台的设计和改进方案，确定设计过程需要注意的各个方面问题。

根据微动平台的设计理论和方法，确定整体方案和平台结构。

应用误差理论，提出改进仪器精度的方案，分析测试误差。

最终完成微动平台的设计工作。

技术路线：

文献检索和阅读－－掌握微动平台设计方法－－微动平台整体方案设计－－微动平台结构设计－－机构力学分析－－绘图－－撰写说明书－－答辩。

5、研究的总体安排与进度

第1~4周：

查阅文献，完成外文翻译、文献综述和开题报告；

第5~6周：

确定压电微动平台的材料、结构形式以及几何尺寸；

第7~11周：

基于矩形柔性铰链结构，对微动平台进行设计计算，即对其进行强度校核，计算其弹性恢复力与刚度，确定压电陶瓷执行器参数；

第12周：

绘制微动平台的三维造型图、装配图与零件图；第13周：

撰写毕业论文。

参考文献

[1]李庆祥,王东生,李玉和.现代精密仪器设计.北京:

清华大学出版社,2004.

[2]王光亮,杨川.二维微动工作台的设计与分析.机床与液压,2008,36（5）:

1-4,8.[3]江溯,孙立宁,安辉,李国君.机构、驱动、检测一体化的压电陶瓷直线驱动模块的研究.哈尔滨工业大学学报,1998,30（4）:

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