Combinando bisagras flexibles con actuación piezoeléctrica_inge conocimiento_tallsen

Los actuadores piezoeléctricos son conocidos por su movimiento suave, alta resolución, alta rigidez y alta eficiencia de conversión de energía. Son ideales para un posicionamiento preciso en aplicaciones de ingeniería. Sin embargo, estos actuadores generalmente tienen solo unas pocas a decenas de micras de desplazamiento, lo que puede no ser suficiente para muchas aplicaciones que requieren un rango de movimiento más amplio.

Para superar esta limitación, se pueden usar bisagras flexibles junto con actuadores piezoeléctricos. Las bisagras flexibles proporcionan un movimiento suave, no requieren lubricación, no tienen reacción ni fricción, y ofrecen una alta precisión. Son el método más adecuado para lograr el desplazamiento del actuador. Además, el mecanismo de bisagra flexible proporciona una precarga adecuada para el actuador piezoeléctrico, evitando que se someta a estrés por tracción.

Hay varios ejemplos típicos del uso de la unidad de elementos piezoeléctricos y la transmisión de mecanismo de bisagra flexible:

1. Tabla de posicionamiento de ultra precisión: la Oficina Nacional de Normas de EE. UU. Desarrolló un banco de trabajo de microposicionamiento en 1978 para la medición de las fotomatas de ancho de línea. El banco de trabajo es impulsado por elementos piezoeléctricos, y el mecanismo de bisagra flexible se utiliza para la amplificación de desplazamiento. Es compacto, funciona en el vacío y puede colocar objetos linealmente dentro de un rango de trabajo de 50 mm con una resolución de 1 nm o mejor.

2. Microscopio de túnel de exploración (STM): para expandir el rango de medición de STM, los investigadores han desarrollado mesa de trabajo ultra precisión ultra-precisión impulsadas por un mecanismo de bisage flexible impulsado piezoeléctrica. Estos mesa de trabajo permiten mediciones de campo grandes. Por ejemplo, la Oficina Nacional de Normas de EE. UU. Registró una sonda STM de 500 p.m. de 500pm con un campo de visión de 500 mm. El banco de trabajo X-Y es impulsado por bloques piezoeléctricos, y el mecanismo de bisagra flexible tiene una relación de amplificación de desplazamiento de aproximadamente 18.

3. Mecanizado de ultra precisión: los portavasos de microposicionamiento compuestos de elementos piezoeléctricos, mecanismos de bisagra flexibles y sensores capacitivos se utilizan para el corte de diamantes de ultra precisión. El portavasos tiene un golpe de 5um y una resolución de posicionamiento de aproximadamente 1 nm. Se utiliza para procesos de conexión de precisión como soldadura por láser.

4. Cabezal de impresión: el cabezal de impresión de una impresora de matriz de puntos de impacto utiliza el principio del accionamiento piezoeléctrico y la transmisión de mecanismo de bisagra flexible. El mecanismo de bisagra flexible amplifica el desplazamiento del bloque piezoeléctrico y impulsa el movimiento de la aguja de impresión. Múltiples agujas de impresión forman el cabezal de impresión, lo que permite la impresión de caracteres compuestos de matrices de puntos.

5. Enfoque automático óptico: en la producción automatizada, se requieren sistemas de enfoque automático de alta precisión para obtener imágenes de alta calidad. Las unidades motoras tradicionales tienen una precisión de posicionamiento limitada y están limitadas por el aumento de la lente objetivo. La unidad piezoeléctrica con un mecanismo de bisagra flexible ofrece una mejor repetibilidad y puede centrarse en lentes objetivos con alto aumento.

6. Motor piezoeléctrico: los motores piezoeléctricos se pueden diseñar con accionamiento piezoeléctrico y transmisión de mecanismo de bisagra flexible. Estos motores pueden lograr la rotación de sujeción y paso de paso o movimiento lineal entre el motor y el estator. Pueden proporcionar una alta precisión de posicionamiento a bajas velocidades y pueden soportar ciertos momentos o fuerzas.

7. Rojos de aire radial activos: los cojinetes de aire radial activos utilizan mecanismos de bisagra flexibles y unidades piezoeléctricas para controlar con precisión el desplazamiento radial de un eje. Esto mejora la precisión del movimiento del eje en comparación con los cojinetes de aire tradicionales.

8. Microglipe: las micro excrementos se usan en el ensamblaje de microinstrumentos, la manipulación de células biológicas y la cirugía fina. Amplifican el desplazamiento de los actuadores piezoeléctricos a través de mecanismos de palanca de bisagra flexibles para permitir el agarre de objetos pequeños.

El uso de bisagras flexibles en estructuras de soporte, estructuras de conexión, mecanismos de ajuste e instrumentos de medición es ampliamente aplicable en los campos de medición de precisión mecánica de precisión, tecnología de micras y nanotecnología.

En conclusión, las bisagras flexibles ofrecen numerosas ventajas para lograr el desplazamiento y posicionamiento ultra precisos con actuadores piezoeléctricos. Proporcionan movimiento suave, alta precisión y sin fricción o reacción violenta. Mediante el uso de mecanismos de bisagra flexibles para transferir y amplificar el desplazamiento de los actuadores piezoeléctricos, los ingenieros pueden lograr movimientos más grandes y una mayor precisión en una amplia gama de aplicaciones.