Combinando bisagras flexibles con actuación piezoeléctrica_hinge Knowledge_allsen

Os actuadores piezoeléctricos son coñecidos polo seu movemento suave, alta resolución, alta rixidez e alta eficiencia de conversión de enerxía. Son ideais para un posicionamento preciso en aplicacións de enxeñería. Non obstante, estes actuadores normalmente teñen só algunhas para decenas de micras de desprazamento, o que pode non ser suficiente para moitas aplicacións que requiren un maior rango de movemento.

Para superar esta limitación, pódense usar bisagras flexibles en conxunto con actuadores piezoeléctricos. As bisagras flexibles proporcionan un movemento suave, non precisan lubricación, non teñen retroceso nin fricción e ofrecen alta precisión. Son o método máis adecuado para lograr o desprazamento do actuador. Ademais, o mecanismo de bisagra flexible proporciona precarga adecuada para o actuador piezoeléctrico, impedindo que sexa sometido a tensión.

Existen varios exemplos típicos de usar a unidade de elemento piezoeléctrico e a transmisión do mecanismo de bisagra flexible:

1. Táboa de posicionamento de ultra-precisión: a Oficina Nacional de Normas dos Estados Unidos desenvolveu un banco de traballo de micro-posicionamento en 1978 para a medición de anchura de liña de fotomasks. O banco de traballo está impulsado por elementos piezoeléctricos e o mecanismo de bisagra flexible úsase para a amplificación de desprazamento. É compacto, funciona ao baleiro e pode situar linealmente obxectos dentro dun rango de traballo de 50 mm cunha resolución de 1nm ou mellor.

2. Microscopio de túnel de dixitalización (STM): Para ampliar o rango de medición de STM, os investigadores desenvolveron táboas de traballo de ultra-precisión en dúas dimensións impulsadas por un mecanismo de bisagra flexible impulsado por piezoelectricamente. Estas táboas de traballo permiten grandes medicións de campo. Por exemplo, a Oficina Nacional de Normas dos Estados Unidos reportou unha sonda STM de 17:00 x 500 pm cun campo de vista de 500 mm. O banco de traballo X-Y está impulsado por bloques piezoeléctricos, e o mecanismo de bisagra flexible ten unha relación de amplificación de desprazamento de aproximadamente 18.

3. Mecanización de ultra-precisión: empregados por elementos piezoeléctricos, mecanismos de bisagra flexible e sensores capacitivos úsanse para o corte de diamantes de ultra-precisión. O soporte de ferramentas ten un golpe de 5um e unha resolución de posicionamento de aproximadamente 1nm. Úsase para procesos de conexión de precisión como a soldadura por láser.

4. Xefe de impresión: a cabeza de impresión dunha impresora de matriz de impacto dot utiliza o principio de unidade piezoeléctrica e transmisión de mecanismos de bisagra flexible. O mecanismo flexible da bisagra amplifica o desprazamento do bloque piezoeléctrico e impulsa o movemento da agulla de impresión. As agullas de impresión múltiples forman a cabeza de impresión, permitindo a impresión de caracteres compostos por matrices de puntos.

5. Focus automático óptico: na produción automatizada, son necesarios sistemas de autofocus de alta precisión para obter imaxes de alta calidade. As unidades motoras tradicionais teñen unha precisión de posicionamento limitada e están limitadas pola ampliación da lente obxectiva. A unidade piezoeléctrica cun mecanismo de bisagra flexible ofrece unha mellor repetibilidade e pode centrarse en lentes obxectivas con alta ampliación.

6. Motor piezoeléctrico: os motores piezoeléctricos pódense deseñar mediante unidade piezoeléctrica e transmisión flexible do mecanismo de bisagra. Estes motores poden conseguir unha rotación de suxeición e pisada ou movemento lineal entre o movedor e o estator. Poden proporcionar unha alta precisión de posicionamento a baixas velocidades e poden soportar certos momentos ou forzas.

7. Rodamentos de aire radial activos: os rodamentos de aire radial activos utilizan mecanismos de bisagra flexible e unidades piezoeléctricas para controlar con precisión o desprazamento radial dun eixe. Isto mellora a precisión do movemento do eixe en comparación cos rodamentos de aire tradicionais.

8. Micro picante: os micro-pinchadores úsanse en montaxe de microinstrumentos, manipulación de células biolóxicas e cirurxía fina. Amplifican o desprazamento de actuadores piezoeléctricos a través de mecanismos de palanca de bisagra flexible para permitir a captura de obxectos minúsculos.

O uso de bisagras flexibles en estruturas de apoio, estruturas de conexión, mecanismos de axuste e instrumentos de medición é amplamente aplicable nos campos de medición de precisión mecánica de precisión, tecnoloxía de micron e nanotecnoloxía.

En conclusión, as bisagras flexibles ofrecen numerosas vantaxes para lograr o desprazamento e o posicionamento ultra-precisos con actuadores piezoeléctricos. Proporcionan un movemento suave, alta precisión e sen fricción nin retroceso. Ao usar mecanismos de bisagra flexible para transferir e amplificar o desprazamento de actuadores piezoeléctricos, os enxeñeiros poden acadar movementos máis grandes e unha maior precisión nunha ampla gama de aplicacións.