弹性支承设计

1、1,弹性支承设计,张辉 冯松 袁伟,2,目录,3,一、原理简介,4,一、压电效应与逆压电效应,压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。 相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。,而本设计正是利用逆压电效应的电致伸缩效应，来驱动机构运动。,5,下面有3种压电效应驱动形式。 （a）是stick slip形式 基

2、本原理是压电晶体先以比较慢的速度向一个方向变形，把slider移动一个位移，这时slider是stick的状态。 然后压电晶体很快的速度恢复原来状态，这是slider不随着压电晶体运动，这时是slip的状态。所以顾名思义叫做stick slip。,一、逆压电效应驱动原理,6,（b）是worm-like形式，原理很简单和蠕虫的行走方式有些类似。 （c）这种形式是应用最为广泛的一种形式。原理简单的讲就是用电来控制压电晶体的变形，先六个压电晶体其逐个变形，由于其他晶体的摩擦力作用，滑块并不移动，而恢复变形时使六个滑块同时恢复变形，这样滑块就会随着压电晶体变形而移动，本设计就是运用了这一原理。,能够进

3、行纳米级小位移控制是其优点。,7,弹性支承原理：是一种适应于小位移的支承形式，由于当运动部件位移非常小时，移动速度会很慢，如果采用摩擦副则黏滑现象、磨损较都严重，而弹性支承这很好的解决了上述问题，弹性支承没有摩擦、没有磨损，是小位移很好的支承形式。,滑块,弹性片,8,二、驱动部分结构设计,9,二、驱动部分结构设计,10,11,Coupling Bar之所以设计成桥形，就是要有一个柔性的使其能够受力比较均匀。 之所以用螺钉、金属球、片簧来固定，就是要使压电晶体与滑块之间的力比较均匀，也便于调节滑块与压电晶体之间的力，使这个力控制在合理的范围内，既是滑块能运动，又要尽量使压力小一些，以减小磨损。

4、此外由于滑块与压电晶体之间的磨损，预应力会变化，通过螺钉可以方便地调节。,12,这里对其预应力，预应变建立如下简单模型。 由此可见，b=3s 设螺钉导程为L，设将螺钉拧了n圈。 则s=nL，b=3nL Fh=kbb=3nLkb,驱动部分结构建模,13,二、支承部分结构设计,14,在本设计中我们用三个弹性金属片来做弹性支承，这三个金属片相隔120，这样保证了滑块的位移不会偏。,支承部分结构设计,15,弹性支承的固定端的结构如右图所示，这样的结构保证了弹性片的良好固定，也保证了支承合适的刚度。 弹性片的固定方式，暂定为焊接，因为这样可以使其固定更牢固。,16,我们知道弹性金属片各个方向的刚度是不同

5、的，金属片宽度方向和长度方向的刚度几乎可以看成无穷大，而厚度方向的刚度却较小，可以记为k。,支承部分建模,k,滑块,压电晶体,弹簧弹力合力F1,压电晶体合力F2,F1=F2,17,这里需要的关系是F1F2m；F2m是压电晶体的最大静摩擦力这里用其动摩擦力表示。设预压力位Fh。 所以F1=3kx；F2m=6Fh F1=3kx F2m=6Fh x 2Fh/k 即弹性支承的最大Xmax是 2Fh/k 即6nLkb/k。,18,四、设计总结,19,这次设计我们冯松、袁伟、张辉三人分工合作，协调一致，阅读了一定量的文献，既参考了一些别人成功的设计，也有一些自己的创意。 本次设计中由于我们对Catia三维造型的不熟悉，我们设计中遇到了很大的困难，但我们经过