Les actionneurs piézoélectriques sont connus pour leur mouvement lisse, leur haute résolution, leur rigidité élevée et leur efficacité de conversion à haute énergie. Ils sont idéaux pour un positionnement précis dans les applications d'ingénierie. Cependant, ces actionneurs n'ont généralement que quelques-uns à des dizaines de microns de déplacement, ce qui peut ne pas être suffisant pour de nombreuses applications qui nécessitent une plus grande amplitude de mouvement.
Pour surmonter cette limitation, des charnières flexibles peuvent être utilisées conjointement avec des actionneurs piézoélectriques. Les charnières flexibles fournissent un mouvement en douceur, ne nécessitent pas de lubrification, n'ont pas de contrecoup ni de frottement et offrent une haute précision. Ils sont la méthode la plus appropriée pour atteindre le déplacement de l'actionneur. De plus, le mécanisme de charnière flexible fournit une précharge appropriée pour l'actionneur piézoélectrique, l'empêchant d'être soumis à une contrainte de traction.
Il existe plusieurs exemples typiques d'utilisation du lecteur d'éléments piézoélectriques et de la transmission de mécanisme de charnière flexible:
1. Tableau de positionnement ultra-initié: Le Bureau national des normes américain a développé un ouvrier micro-positionnant en 1978 pour la mesure de la largeur des lignes des photomasées. L'établissement est entraîné par des éléments piézoélectriques, et le mécanisme de charnière flexible est utilisé pour l'amplification du déplacement. Il est compact, fonctionne dans un vide et peut positionner linéairement les objets dans une plage de travail de 50 mm avec une résolution de 1 nm ou mieux.
2. Microscope à tunneling à balayage (STM): Pour élargir la plage de mesure de STM, les chercheurs ont développé des tables de travail ultra-précision bidimensionnelles entraînées par un mécanisme de charnière flexible motivé par le piézoélectrique. Ces tables de travail permettent de grands mesures sur le terrain. Par exemple, le US National Bureau of Standards a rapporté une sonde STM de 17 h 00 à 17 h à 500 h avec un champ de vision de 500 mm. Le travail X-Y est entraîné par des blocs piézoélectriques, et le mécanisme de charnière flexible a un rapport d'amplification de déplacement d'environ 18.
3. Usinage ultra-précision: des porte-outils de micro-positionnement composés d'éléments piézoélectriques, de mécanismes de charnière flexibles et de capteurs capacitifs sont utilisés pour la coupe de diamants à ultra-précision. Le porte-outil a une course de 5UM et une résolution de positionnement d'environ 1 nm. Il est utilisé pour les processus de connexion de précision comme le soudage au laser.
4. Tête d'impression: la tête d'impression d'une imprimante à matrice de points d'impact utilise le principe du lecteur piézoélectrique et la transmission flexible du mécanisme d'articulation. Le mécanisme de charnière flexible amplifie le déplacement du bloc piézoélectrique et entraîne le mouvement de l'aiguille d'impression. Les aiguilles d'impression multiples forment la tête d'impression, permettant l'impression de caractères composés de matrices à points.
5. Focus auto optique: dans la production automatisée, des systèmes d'autofocus de haute précision sont nécessaires pour obtenir des images de haute qualité. Les disques moteurs traditionnels ont une précision de positionnement limitée et sont limités par le grossissement de la lentille objective. Le lecteur piézoélectrique avec un mécanisme de charnière flexible offre une meilleure répétabilité et peut se concentrer sur des lentilles objectives avec un grossissement élevé.
6. Motor piézoélectrique: les moteurs piézoélectriques peuvent être conçus à l'aide de l'entraînement piézoélectrique et de la transmission flexible du mécanisme de charnière. Ces moteurs peuvent atteindre la rotation de serrage et de pas ou le mouvement linéaire entre le moteur et le stator. Ils peuvent fournir une précision de positionnement élevée à basse vitesse et peuvent résister à certains moments ou forces.
7. Roulements d'air radial actifs: les roulements à air radial actifs utilisent des mécanismes de charnière flexibles et des entraînements piézoélectriques pour contrôler précisément le déplacement radial d'un arbre. Cela améliore la précision de mouvement de l'arbre par rapport aux roulements d'air traditionnels.
8. Micro Gripper: Micro Grippers est utilisé dans l'assemblage de micro-instruments, la manipulation des cellules biologiques et la chirurgie fine. Ils amplifient le déplacement des actionneurs piézoélectriques à travers des mécanismes de levier de charnière flexibles pour permettre la saisie de minuscules objets.
L'utilisation de charnières flexibles dans les structures de support, les structures de connexion, les mécanismes d'ajustement et les instruments de mesure est largement applicable dans les champs de mesure de précision mécanique de précision, de technologie micron et de nanotechnologie.
En conclusion, les charnières flexibles offrent de nombreux avantages à réaliser un déplacement et un positionnement ultra précis avec des actionneurs piézoélectriques. Ils fournissent un mouvement lisse, une haute précision et aucune friction ni contrecoup. En utilisant des mécanismes de charnière flexibles pour transférer et amplifier le déplacement des actionneurs piézoélectriques, les ingénieurs peuvent obtenir des mouvements plus importants et une précision plus élevée dans un large éventail d'applications.
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