针对传统微动平台难以满足微/纳米定位的要求,该文结合液压放大原理,提出一种基于液压放大的两自由度压电微动平台,并对其进行了结构设计。采用正交设计方法对其进行有限元双向流固耦合分析,优化了其结构参数。研制了实物样机并进行试验研究。开环控制试验结果表明,当压电驱动器输入为90μm时,压电微动平台最大输出位移为603.0μm,放大倍数约为6.7;闭环控制试验结果表明,采用分段微分、积分、比例(PID)算法能降低超调量,且响应时间、稳态时间均减小,稳态误差降低(为±0.2μm),实现了微动平台的大范围输出精密定位。

设计了膜式液压放大机构,具有机构简单、放大倍数大的优点,同时解决了密封难,制造成本高的问题。对于单晶片主动式放大阀压电泵,通过实验测试了频率-流量特性和电压-流量特性。以驱动电压为150 V、阀膜厚度H=0.4 mm为例,压电振子中心点的变形量为45.861μm,放大倍数约为9倍。对理论流量与实测流量进行分析对比,结果表明,当阀口最大开度在0.2-0.4 mm时,该阀具有良好的通流能力及截止性。

压电陶瓷材料具有优良的力学性能和响应特性,将其作为智能执行器应用于液压阀中,是持续多年的研究热点。但压电驱动器输出仅为微米级,难以直接满足液压阀的使用要求,因此需要设计相应的微位移放大机构。首先,重点介绍了柔性铰链放大机构及其在压电阀中的典型应用,根据原理可分为杠杆、三角、桥式等放大形式;其次,归纳了基于液压放大和晶片放大机构的两类压电阀的代表性结构和性能特点;最后,分析对比了三类放大机构应用于压电阀中的优缺点。结果表明,铰链放大结构简单,再现性好;液压放大占用空间小,频带宽,倍数高;晶片放大频响高,只适用于伺服和先导控制。

压电陶瓷材料具有优良的力学性能和动态特性,但根据其逆压电效应研发的驱动器输出位移小,大多仅为微米级,因此需设计相应的微位移放大机构以放大驱动器的位移输出。根据先前提出的膜片式液压微位移放大机构,进行了理论模型的推导,并运用ANSYS Workbench软件对其进行双向流固耦合分析。将仿真结果和实验结果进行对比,验证了仿真结果的准确性。通过仿真分析得到了放大机构的动态变化过程以及不同形状的流道对放大过程的影响,为后续放大机构的优化设计提供理论依据。

利用液压放大原理实现较好的输出性能,设计一种基于压电驱动的液压放大柔性盲文触点装置。说明盲文触点装置的结构及工作原理,并对液压放大单元进行理论分析及参数化设计。利用MATLAB仿真分析得出位移放大倍数与流体腔的直径和高度的关系,利用激光测微仪测量压电振子和柔性薄膜触点在不同驱动电压下的输出位移,试验与理论分析相吻合,验证了理论分析的正确性。最后对装置进行测试,结果表明:当流体腔直径为20 mm、腔高为3 mm、充水量为0.9 mL、共

通过两级控制技术,使动力转向操纵力减小,操纵轻便、灵活.

针对液压式大力值标准装置中油缸与活塞间的润滑问题,应用静压润滑技术研制一台最大输出力值为10 MN、准确度等级为0.05级的液压放大式力标准机。通过在力标准机主油缸及测力油缸中均采用基于静压润滑技术的静压缸塞装置,利用油液的湿摩擦大幅减小油缸与活塞间的摩擦阻力;同时通过防过冲装置的设计,解决静压缸塞系统内,当一端加载时另一端缸塞发生过冲的现象。试验结果表明,基于静压润滑技术的液压放大式力标准机具有良好的力值重复性及输出稳定性,同时其方位误差和示值误差均达到设计要求。对静压润滑技术及防过冲装置在大力值标准装置中的应用具有参考价值。