压电驱动微位移放大机构放大特性的研究

　　压电元件具有体积小、推力大、分辨率高和频向高等优点，并ii_小发热、无噪声、易于控制，是理想的精密微位移机构的驱动器件。但是，其位移输出通常只有几到几微米，小能满足些需要较大范围内工作的微机电系统的要求。

　　柔性饺链机构是压电驱动装置中常用的微位移放大构，具有结构简单、运动灵敏ii_平稳、免润滑、无摩擦、分辨率高等优点。使用柔性饺链后，叫将位移放大到几}到几百微米，能满足多数微机电系统的行程要求。

　　柔性饺链位移放大机构的主要参数是饺链的转角刚度和位移放大比，有关转角刚度的计算己有较成熟的计算理论，而对于放大比的确定，们们是将柔性饺链视为普通饺链，按照杠杆放大原理进行计算。显然，这种方法的适用场介有定的局限性，尤其是对于需要精确确定放大比的情况下。

　　在高精度航天微刑扭杆刚度测试装置中，需要根据位移放大机构的放大信数控制微小扭知的加载，囚而，其放大信数小能应用杠杆原理粗略计算，本文对柔性饺链位移放大机构建立了精确的有限元模刑，模拟压电元件的驱动方式，进行放大比的分析计算，并通过实验对仿真计算结果进行验证。

　　1微位移放大机构的结构设计

　　圆弧刑柔性饺链具有结构紧揍、运动精度高的特点，设计中采用单轴圆弧刑柔性饺链，其结构如图1所示，在c+R时，其转角刚度叫按下而简化公式计算：

　　式中:K为转角刚度，定义为绕Z轴的弯知与其作用下饺链绕z轴转过的角度之比，E为材料一弹性模量，其它参数见图1。其中最小截而尺寸‘是设计的关键，为实现机构的高灵敏度和高分辨率，以及位移的有效放大，应尽量减少的值，但是过小，则小能承受较大或频繁交变的载荷，导致机构失效甚至断裂。

　　高精度航天微刑扭杆刚度测试装置，要求加载装置的行程应大于100N.,m，而采用的压电元件在最大工作电压150 V下，额定输出位移为16.5 N., m。囚此，微位移放大机构采用二级放大，同时考虑加工工艺和安装的方便，设计出如I冬}21均机构，其外形尺寸为65 mmx54 mmx8 mm。其工作原理如图3所示，按杠杆放大原理计算所得的放大比为:(l+h