关于液压微位移放大结构新型压电陶瓷直接驱动阀设计和仿真.pdf

学兔兔 第49卷第2期 机 械 工 程 学 报 Vo1．49 NO．2 2013年 1月 JOURNAL0FMECHANICALENGINEERING Jan． 2013 DoI：1O．3901／JME【．2013．02．151 基于液压微位移放大结构的 新型压 电陶瓷直接驱动阀设计及仿真木 俞军涛 焦宗夏 吴 帅 (北京航空航天大学电气工程与 自动化学院 北京 100191) 摘要：研制一种基于液压微位移放大结构的压电陶瓷直接驱动伺服阀，实现大流量高频响的要求。针对压电陶瓷输出力大但 输出位移小的特点，设计出一种新型的液压微位移放大结构，由柔性铰链膜片式大活塞、密闭容腔、小活塞及压力调节和测 量装置构成。采用叠堆式压电陶瓷驱动大活塞，改变密闭容腔内油液的体积形态，放大小活塞端输出位移，驱动滑阀阀芯运 动。大活塞采用膜片结构，降低压电陶瓷叠堆的负载，提高密封性能。针对刚性膜片刚度和强度矛盾的问题 ，设计柔性铰链 膜片，对该膜片结构的刚度进行理论分析和数值计算验证。应用有限元方法对结构及各参数进行优化设计，并对最终结构进 行刚度和强度分析。基于试制原理样机参数，建模仿真表明液压位移放大倍数 9倍，阀芯位置控制误差小于 1％。频宽超过 550Hz。试验测得流量曲线，7MPa压力下，控制流量达到 17L／min。 关键词：压电陶瓷 液压位移放大 直接驱动阀 柔性铰链 有限元法 中图分类号：TH137 DesignandSimulationStudyonNew ServoValveDirectDrivenby PiezoelectricActuatorUsingHydraulicAmplification YU Juntao JIAOZongxia WU Shuai (SchoolofAutomationScienceandElectricalEngineering，BeihangUniversity,Beijing100191) Abstract：A servovalvedirectdrivenbypiezoelectricactuatorusinghydraulicamplificationisresearched．Ittakesadvantageofthe higherbna dwidth nad lragerflow rate．A new hyrdaulic displacementma plifier structure isproposed to aim atthe smaller displacementoutputnadlragerforceouptutofpiezoelectric(PZT)．Thestructureiscomposedofinputpistonwithlragerraea，ouptut pistonwithsmallerraeana dhermeticchma ber．Thelragerstrokemultilayerpiezoelectricactuatorisservedashtedriveelementthat driveshteinputpistonwitl1largerraeaofthehyrdaulicamplification．Thechnageofpressureandvolumedriveshteouptutpiston directlyconnectedtothespooltoproduceamplifieddisplacement，whichdrivehtespooltomove．Tosatisfyhtedemandofsealing and low load，adiaphragm wiht flexurehingestructureisusedforthepistonwith lragerarea．Thestructureandparameteris opt