[發(fā)明專利]兩級微位移放大機構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110271267.0
• 申請日: 2011-09-14
• 公開（公告）號: CN102394270A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊德華;吳慶國;周國華;李國平
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院國家天文臺南京天文光學(xué)技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L41/09
• 分類號: H01L41/09;H01L41/02
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務(wù)所 32230
• 代理人: 栗仲平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微位移放大機構(gòu)，屬于機械量精密驅(qū)動領(lǐng)域，適用于微位移驅(qū)動機構(gòu)輸出位移的無摩擦無遲滯的放大，尤其適用于壓電和磁致等智能微位移驅(qū)動元件的微位移輸出的放大。

背景技術(shù)

微位移驅(qū)動元件，如基于壓電和磁致等智能材料的驅(qū)動元件，因其優(yōu)越的精密驅(qū)動和定位性能，而被廣泛的應(yīng)用于儀器儀表和精密機床等機械電子領(lǐng)域。但是這類驅(qū)動元件只能提供微米級的工作行程，這往往不能夠滿足實際應(yīng)用的需求。為了克服這一缺點，實際應(yīng)用中經(jīng)常采用位移放大機構(gòu)對其進行位移放大。為避免間隙和摩擦等有害因素影響，如圖1和圖2所示，傳統(tǒng)的微位移放大機構(gòu)多采用以柔性鉸鏈為基礎(chǔ)的單級杠桿或多級位移放大機構(gòu)來實現(xiàn)。其基本原理就是杠桿原理，即當(dāng)驅(qū)動元件有微小位移輸出時，通過杠桿的放大作用可以在輸出端獲得放大的位移輸出。

這種基于杠桿機構(gòu)的微位移放大機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)可以通過使用片狀柔性鉸鏈來減小反力過大的問題，但同時也造成了結(jié)構(gòu)反力預(yù)估的困難和位移放大比非線性的問題。當(dāng)目標(biāo)位移量偏大時，機構(gòu)難以獲得固定比例的放大輸出位移，且由于結(jié)構(gòu)的不對稱性，輸出點將位置發(fā)生偏移，從而難以準確實現(xiàn)目標(biāo)動作。

圖3顯示了另外一種常用的基于彈性變形原理的對稱式微位移放大機構(gòu)，但該放大機構(gòu)的設(shè)計在輸入輸出連接處沒有設(shè)置鉸鏈，從而不能避免較大的結(jié)構(gòu)變形反力（反力隨位移的增大呈非線性急劇增大）的影響，并且，單純利用該機構(gòu)原理能實現(xiàn)的位移放大倍數(shù)有限，一般不大于4。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新的兩級微位移放大機構(gòu)，這種新型的微位移放大機構(gòu)來改進傳統(tǒng)放大機構(gòu)的上述缺點，力求能夠通過簡單的原理和結(jié)構(gòu)來方便地實現(xiàn)微位移的放大，并盡可能使此種新型微位移放大機構(gòu)的設(shè)計及其原理的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種兩級微位移放大機構(gòu)，設(shè)有兩個三角形位移縮放器，分別為第一級三角形位移縮放器與第二級三角形位移縮放器；每個三角形位移縮放器由四條斜邊組成；第一級三角形位移縮放器的輸入端與驅(qū)動元件聯(lián)接；第一級三角形位移縮放器的輸出端與第二級三角形位移縮放器的輸入端聯(lián)接。

本發(fā)明有以下優(yōu)化方案：

1、所述三角形位移縮放器的四條斜邊與位移輸入端的連接處，及四條斜邊與位移輸出端的連接處，均設(shè)置有柔性鉸鏈；

2、每個三角形位移縮放器的位移輸入端設(shè)置有定位臺階。第一級三角形位移縮放器輸入端的定位臺階與驅(qū)動元件接口尺寸相匹配。

3、三角形位移縮放器的輸出端中的至少一個設(shè)有螺孔，該螺孔中設(shè)有螺桿（也可以同時設(shè)有螺母），所述的定位臺階固定在螺桿頂端。通過螺桿的旋進旋出，可以調(diào)節(jié)兩個定位臺階之間的距離；即，可以是兩側(cè)的輸出端都設(shè)有螺孔和螺桿；也可以是一側(cè)的輸出端設(shè)有螺孔和螺桿，另一個輸出端采用螺釘聯(lián)接；

4、所述的定位臺階設(shè)計成對驅(qū)動元件的夾持端；

5、所述的驅(qū)動元件的夾持端與驅(qū)動元件之間，采用直接膠接或設(shè)置螺紋孔采用螺紋固聯(lián)。

本發(fā)明的工作原理是：首先應(yīng)用圖4所示三角形位移縮放原理，提出對圖3所示的基于彈性變形原理的對稱式微位移放大機構(gòu)的改進設(shè)計，即在位移輸入和輸出的連接處設(shè)置柔性鉸鏈。如圖5所示，對輸入和輸出的連接處對稱地進行適當(dāng)?shù)膱A弧縮頸，形成柔性鉸鏈，從而真正實現(xiàn)三角形位移縮放原理，避免了結(jié)構(gòu)變形時的產(chǎn)生很大的結(jié)構(gòu)彈性反力，并保持了該機構(gòu)簡潔明了的設(shè)計原理、簡單易行的加工工藝和位移輸入輸出的對稱性，以及彈性位移放大機構(gòu)的無摩擦無間隙無遲滯等優(yōu)點。另外，為便于驅(qū)動元件的安裝定位，在位移輸入接口處設(shè)置了與驅(qū)動元件接口尺寸匹配的定位臺階；為便于對外聯(lián)接，可在輸出接口處與其它構(gòu)件進行直接膠接或設(shè)置螺紋孔采用螺紋固聯(lián)。

為提高位移放大倍率，并保持該機構(gòu)的上述原理明了和工藝簡單等優(yōu)點，本發(fā)明進一步提出了一種兩級微位移放大機構(gòu)。

參見圖6，本發(fā)明使用兩個同類型的上述圖5所示的單級位移放大機構(gòu)，正交聯(lián)接放置，實現(xiàn)兩級位移放大。通過設(shè)當(dāng)?shù)脑O(shè)計，可以采用兩個完全一樣的上述單級位移放大機構(gòu)來實現(xiàn)這種兩級位移放大機構(gòu)，即，使得安裝驅(qū)動元件的位移輸入處的開檔尺寸正好等于位移輸出處跨度尺寸，這樣，將兩個完全相同的單級位移放大機構(gòu)正交嵌套并固聯(lián)，即可實現(xiàn)兩級位移放大，從而大大提供位移放大倍率，即，為單級放大倍率的平方，可實現(xiàn)達10倍的位移放大率。這種采用完全相同的單級位移放大機構(gòu)進行級聯(lián)實現(xiàn)兩級放大的方法，便于建立類似于標(biāo)準件的標(biāo)準來簡化工藝，降低成本，提高本發(fā)明的實用性。

為了增大實施例的適用范圍，本發(fā)明進一步提出了如下的連接方案改進措施：