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Combinando dobradiças flexíveis com atuação piezoelétrica_hinge conhecimento_tallsen

Os atuadores piezoelétricos são conhecidos por seu movimento suave, alta resolução, alta rigidez e alta eficiência de conversão de energia. Eles são ideais para posicionamento preciso em aplicações de engenharia. No entanto, esses atuadores normalmente têm apenas alguns a dezenas de microns de deslocamento, o que pode não ser suficiente para muitas aplicações que exigem uma amplitude de movimento maior.

Para superar essa limitação, dobradiças flexíveis podem ser usadas em conjunto com atuadores piezoelétricos. As dobradiças flexíveis fornecem movimento suave, não requerem lubrificação, não têm reação ou atrito e oferecem alta precisão. Eles são o método mais adequado para alcançar o deslocamento do atuador. Além disso, o mecanismo flexível da dobradiça fornece pré -carga apropriada para o atuador piezoelétrico, impedindo que ele seja submetido a tensão de tração.

Existem vários exemplos típicos de uso de acionamento de elementos piezoelétricos e transmissão de mecanismo de dobradiça flexível:

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1. Tabela de posicionamento de ultra-precisão: o Bureau Nacional de Padrões dos EUA desenvolveu uma bancada de trabalho de micro-posicionamento em 1978 para medição de largura de linha de máscaras. A bancada é acionada por elementos piezoelétricos, e o mecanismo flexível da dobradiça é usado para amplificação de deslocamento. É compacto, funciona no vácuo e pode posicionar linearmente objetos dentro de um intervalo de trabalho de 50 mm com uma resolução de 1 nm ou melhor.

2. Microscópio de tunelamento de varredura (STM): Para expandir a faixa de medição de STM, os pesquisadores desenvolveram tábuas de trabalho de ultra-precisão bidimensional acionadas por um mecanismo de dobradiça flexível acionada por piezoeletricamente. Essas mesas de trabalho permitem grandes medições de campo. Por exemplo, o Bureau Nacional de Padrões dos EUA relatou uma sonda STM das 500pm x 500pm com um campo de visão de 500 mm. A bancada X-Y é impulsionada por blocos piezoelétricos, e o mecanismo flexível da dobradiça tem uma taxa de amplificação de deslocamento de cerca de 18.

3. Usinagem de ultra-precisão: os detentores de ferramentas de micro-posicionamento compostos por elementos piezoelétricos, mecanismos flexíveis de dobradiça e sensores capacitivos são usados ​​para corte de diamante de ultra-precisão. O suporte da ferramenta tem um golpe de 5um e uma resolução de posicionamento de cerca de 1 nm. É usado para processos de conexão de precisão, como soldagem a laser.

4. Cabeça de impressão: A cabeça de impressão de uma impressora matricial de ponto de impacto utiliza o princípio da unidade piezoelétrica e da transmissão flexível do mecanismo de dobradiça. O mecanismo flexível da dobradiça amplifica o deslocamento do bloco piezoelétrico e aciona o movimento da agulha de impressão. Múltiplas agulhas de impressão formam a cabeça de impressão, permitindo a impressão de caracteres compostos de matrizes de pontos.

5. Foco automático óptico: Na produção automatizada, os sistemas de foco automático de alta precisão são necessários para obter imagens de alta qualidade. As unidades motoras tradicionais têm precisão de posicionamento limitadas e são limitadas pela ampliação da lente objetiva. A unidade piezoelétrica com um mecanismo de dobradiça flexível oferece melhor repetibilidade e pode se concentrar em lentes objetivas com alta ampliação.

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6. Motor piezoelétrico: Os motores piezoelétricos podem ser projetados usando acionamento piezoelétrico e transmissão flexível do mecanismo de dobradiça. Esses motores podem atingir o aperto e a rotação do passo ou o movimento linear entre o motor e o estator. Eles podem fornecer alta precisão de posicionamento em baixas velocidades e podem suportar certos momentos ou forças.

7. Rolamentos de ar radial ativo: Os rolamentos de ar radial ativos utilizam mecanismos flexíveis de dobradiça e unidades piezoelétricas para controlar com precisão o deslocamento radial de um eixo. Isso melhora a precisão do movimento do eixo em comparação com os rolamentos de ar tradicionais.

8. Micro Gripper: Micro Grippers são usados ​​na montagem de micro-instrumentos, manipulação de células biológicas e cirurgia fina. Eles amplificam o deslocamento de atuadores piezoelétricos através de mecanismos flexíveis de alavanca de dobradiça para permitir a agarração de pequenos objetos.

O uso de dobradiças flexíveis em estruturas de suporte, estruturas de conexão, mecanismos de ajuste e instrumentos de medição é amplamente aplicável nos campos da medição de precisão mecânica de precisão, tecnologia mícron e nanotecnologia.

Em conclusão, as dobradiças flexíveis oferecem inúmeras vantagens na obtenção de deslocamento e posicionamento ultraprecisos com atuadores piezoelétricos. Eles fornecem movimento suave, alta precisão e sem atrito ou reação. Usando mecanismos flexíveis de dobradiça para transferir e amplificar o deslocamento de atuadores piezoelétricos, os engenheiros podem obter movimentos maiores e maior precisão em uma ampla gama de aplicações.

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