SE534895C2 - Method for manufacturing a mechanical motion amplifier - Google Patents
Method for manufacturing a mechanical motion amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- SE534895C2 SE534895C2 SE1050476A SE1050476A SE534895C2 SE 534895 C2 SE534895 C2 SE 534895C2 SE 1050476 A SE1050476 A SE 1050476A SE 1050476 A SE1050476 A SE 1050476A SE 534895 C2 SE534895 C2 SE 534895C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- beams
- series
- foil
- movement
- actuator
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 29
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 10
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 abstract description 11
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
-
- H01L41/053—
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Uppfinningen avser en mekanisk förstärkare för attomvandla en liten rörelseamplitud till en större. Metodenbestår av att anvanda två eller fler sinsemellanvinkelstallda balkar som seriekopplas. Genom strukturenuppkomna oönskade rörelser tas upp i strukturen genomtorsion. Varje balk utgör en mekanisk rörelseförstarkare,och att genom att seriekoppla dessa blir den totalaförstarkningen produkten av förstarkningen på de ingåendebalkarna. Uppfinningen avser aven en anordning bestående avtvå eller fler balkar som sinsemellan ar sammankopplade företradesvis i 90 graders vinkel. Att publiceras med Fig. 1 The invention relates to a mechanical amplifier for converting a small motion amplitude into a larger one. The method consists of using two or more spaced beams that are connected in series. Unwanted movements caused by the structure are taken up in the structure by torsion. Each beam constitutes a mechanical motion amplifier, and by connecting these in series, the total reinforcement becomes the product of the reinforcement on the input beams. The invention also relates to a device consisting of two or more beams which are interconnected preferably at a 90 degree angle. To be published with Fig. 1
Description
25 30 35 534 855 bytts ut mot piezoaktuatorer är bränsleinsprutningsventiler inom bilindustrin. Detta har lett till en ny generation bilmotorer med lägre bränsleförbrukning och mindre utsläpp. 25 30 35 534 855 replaced with piezo actuators are fuel injection valves in the automotive industry. This has led to a new generation of car engines with lower fuel consumption and lower emissions.
Detta har möjliggjorts eftersom det med piezoaktuatortekniken är möjligt att styra brånsleinsprutningen på millisekunden när för varje kolvslag. Dessvärre är det inte helt enkelt att byta en elektromagnet till en piezoaktuator eftersom den rörelse som genereras från en sådan är mycket liten. om än kraften âr stor. Därför måste piezoaktuatorns genererade rörelse förstärkas. Detta kan åstadkommas på flera sätt, t.ex. hydrauliskt. som är vanligt inom bränsleinsprutning, genom mekanisk deformation som bl.a. beskrivs i patenten US 6.749.176 och US 6.003.836. eller hävstänger som bl.a. beskrivs i patent US 5.328.149. _ Hydrauliska mekaniska förstärkare âr relativt enkelt att realisera eftersom de följer en enkel princip. dock ger en sådan här design ett antal tekniska frågor att lösa, t.ex. viskositet i hydraulvätskan. massa, gasinnehåll, giftighet, temperaturbeståndighet samt hydraulsystemets täthet. Dessa omständigheterna fördyrar en sådan här design, och den är ej heller lämplig i exempelvis medicinska applikationer.This has been made possible because with the piezo actuator technology it is possible to control the fuel injection at the millisecond when for each piston stroke. Unfortunately, it is not easy to change an electromagnet to a piezo actuator because the movement generated from one is very small. even if the power is great. Therefore, the generated motion of the piezo actuator must be amplified. This can be achieved in several ways, e.g. hydraulically. which is common in fuel injection, by mechanical deformation which i.a. are described in U.S. Patents 6,749,176 and 6,003,836. or levers such as described in U.S. Patent 5,328,149. Hydraulic mechanical amplifiers are relatively easy to implement because they follow a simple principle. however, such a design provides a number of technical issues to solve, e.g. viscosity in the hydraulic fluid. mass, gas content, toxicity, temperature resistance and hydraulic system tightness. These circumstances make such a design more expensive, and it is also not suitable in, for example, medical applications.
Mekaniska förstärkare som arbetar med hjälp av deformation är en annan princip. Dagens lösningar har dock ofta en del begränsningar, t.ex. komplicerade ventilsäten. stora dimensioner eller begränsad förstärkning. Det är dessutom svårt att göra kaskadkopplingar med den här principen Principen med hävstänger är enkel, den kan lätt kaskadkopplas, men en del designtekniska problem gör det svårt att hitta en kombinerad lösning med leder utan friktion men styrka, låg utmattning, låg vikt, hög resonansfrekvens, hög förstärkning, små dimensioner och lågt tillverkningspris.Mechanical amplifiers that work using deformation are another principle. Today's solutions, however, often have some limitations, e.g. complicated valve seats. large dimensions or limited reinforcement. It is also difficult to make cascade connections with this principle The principle of levers is simple, it can be easily cascaded, but some design problems make it difficult to find a combined solution with joints without friction but strength, low fatigue, low weight, high resonant frequency , high reinforcement, small dimensions and low manufacturing price.
Ett syftet med uppfinningen är att åstadkomma en förbättrad eller alternativ rörelseförstärkaranordning och 10 15 20 25 30 35 534 895 metod. Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma en anordning som år utan friktion men styrka, och är helst kompakt men slitstark, och samtidigt helst lätt att tillverka, och som uppvisar företrädesvis låg utmattning, och/eller har låg vikt, och/eller har hög resonansfrekvens, och/eller har hög förstärkning, och/eller små dimensioner, och/eller har ett lågt tillverkningspris.An object of the invention is to provide an improved or alternative motion amplifier device and method 534 895 method. Another object of the invention is to provide a device which is without friction but strength, and is preferably compact but durable, and at the same time preferably easy to manufacture, and which preferably has low fatigue, and / or has low weight, and / or has high resonant frequency, and / or has high gain, and / or small dimensions, and / or has a low manufacturing cost.
Dessa syften, och andra, ästadkommes vart och ett för sig eller i kombination med hjälp av anordningen och förfarandet enligt de bifogade oberoende kraven, varvid särskilda utföringsformer behandlas i de beroende kraven.These objects, and others, are achieved individually or in combination by means of the device and method according to the appended independent claims, specific embodiments being dealt with in the dependent claims.
Sammanfattning av uppfinning Den nuvarande uppfinningen söker således framför allt motverka, förbättra eller eliminera en eller flera av ovan identifierade tillkortakommanden och nackdelar inom konventionell teknik, individuellt eller i någon kombination, och löser åtminstone delvis de ovan nämnda problem genom att tillhandahålla en utrustning enligt de vidlagda patentkraven.Summary of the invention The present invention thus seeks in particular to counteract, improve or eliminate one or more of the above-identified shortcomings and disadvantages in conventional technology, individually or in any combination, and solves at least in part the above-mentioned problems by providing an equipment according to the appended claims. patent claims.
Uppfinningen utgör enligt en aspekt en mekanisk rörelseförstärkare, för förstärkning av en rörelses amplitud från en aktuatorenhet. Rörelseförstärkaren innefattar minst två i vinkel seriekopplade balkar, där varje balk har en tjocklek som är väsentligen mindre än dess ortogonala utbredning, varvid varje balk har i sin tur minst ett stöd runt vilken balken kan vridas. När den seriella kopplingen utsätts för en tryckande eller dragande rörelse med en första amplitud, från minst en aktuatorenheter, förstärks och genereras, en i samma plan parallellt, tryckande eller dragande andra rörelse med större amplitud än den första amplituden. Den förstärkta amplituden samt dess riktning fås från konstruktionens utväxling vilken beror på hur balkarna, stöden och minst en aktuatorenhet är placerade relativt varandra.According to one aspect, the invention constitutes a mechanical motion amplifier, for amplifying the amplitude of a motion from an actuator unit. The motion amplifier comprises at least two beams connected in series at an angle, each beam having a thickness which is substantially less than its orthogonal extent, each beam in turn having at least one support around which the beam can be rotated. When the serial coupling is subjected to a pushing or pulling movement with a first amplitude, from at least one actuator units, a second movement with a larger amplitude in parallel in the same plane with greater amplitude than the first amplitude is amplified and generated. The amplified amplitude and its direction are obtained from the gear ratio which depends on how the beams, supports and at least one actuator unit are placed relative to each other.
Denna konstruktion i kombination med att balkarna även kan beskrivas med att de har egenskaper som förutom tunna innefattar låg vridstyrka, liten vikt och små 10 15 20 25 30 35 534 895 dimensioner leder till att man uppnår viktiga egenskaper såsom att den seriella balkkonstruktionen har en liten tröghet och därmed en snabb förstårkarrespons.This construction in combination with the fact that the beams can also be described in that they have properties which in addition to thin include low torsional strength, small weight and small dimensions lead to important properties such as that the serial beam construction has a small inertia and thus a rapid amplifier response.
Vidare kan uppfinningen i vissa utföringsformer beskrivas med att utvâxlingen sker genom att en tryckande eller dragande rörelse appliceras på en första balk, antingen från en eller flera aktuatorenheter eller från en andra till den första anliggande balk, på en position som befinner sig en sträcka X1 från den första balkens stöd vilken i sin tur är placerad en sträcka X2 från där första balken angörs med en tredje balk eller för den sista balken i serien där den slutliga amplifierade rörelsen ska appliceras. Optionalt kan konstruktionen vara sådan att sträckorna X1<= X2 för varje serielltkopplad balk.Furthermore, in certain embodiments the invention can be described in that the gearing takes place by applying a pushing or pulling movement to a first beam, either from one or more actuator units or from a second to the first abutting beam, at a position which is a distance X1 from the support of the first beam which in turn is located a distance X2 from where the first beam is anchored with a third beam or for the last beam in the series where the final amplified movement is to be applied. Optionally, the construction can be such that the distances X1 <= X2 for each series-connected beam.
För att uppnå en förstärkt amplitud på den slutliga rörelsen så måste det ovan nämnde relationen uppfyllas för varje i serien kopplad enskild balk.In order to achieve a amplified amplitude of the final motion, the above-mentioned relation must be fulfilled for each individual beam connected in the series.
I vissa utföranden av den mekanisk rörelseförstârkare är varje balks stöds position anpassad för att den, från balken, vidareförda förstärkta rörelseamplituden är dragande eller tryckande.In some embodiments of the mechanical motion amplifier, the position of the support of each beam is adapted so that the amplified amplitude of amplitude passed on from the beam is tensile or compressive.
Genom att anpassa vart stöden för varje enskild, seriekopplad, balk placeras, blir den slutliga förstärkta rörelsen tryckande eller dragande. Som ett exempel kan en från en aktuatorenhet tyckande rörelse bli en förstärkt tryckande rörelse men om man ändrar stödens position kan samma tryckande rörelse leda till en förstärkt rörelse fast dragande.By adapting where the supports for each individual, series-connected, beam are placed, the final reinforced movement becomes pushing or pulling. As an example, a movement from an actuator unit can become a reinforced pressing movement, but if one changes the position of the supports, the same pressing movement can lead to a reinforced movement tightening.
I vissa utföranden är den mekaniska rörelseförstärkarens balkar gjorda av en folie.In some embodiments, the beams of the mechanical motion amplifier are made of a foil.
Genom att tillverka balkarna i folie kan de tillverkas med egenskaper såsom tunna, ha låg vridstyrka, liten vikt och ha små dimensioner.By making the beams in foil, they can be manufactured with properties such as thin, have low torsional strength, low weight and have small dimensions.
I ytterligare ett utförande är den mekaniska rörelseförstårkarens seriekopplade balkarna gjorda i ett integralt stycke av ett sammanhängande stycke folie. 10 15 20 25 30 35 534 895 I ytterligare ett utförande av den mekaniska rörelseförstärkaren kan uppstående vridande rörelser och sidorörelser mot en första balk, orsakad av rörelser från en andra anliggande balk tas upp av den första genom böjning i sidled samt torsion.In a further embodiment, the series-connected beams of the mechanical motion amplifier are made in an integral piece of a continuous piece of foil. In a further embodiment of the mechanical motion amplifier, upright rotating movements and lateral movements against a first beam, caused by movements from a second abutting beam, can be absorbed by the first by lateral bending and torsion.
I den seriekopplade balkkonstruktionen uppkomna vridande rörelse tas företrädesvis, tack vare vinkeln mellan balkarna, upp av första balken genom torsion.Rotational movement occurring in the series-connected beam structure is preferably absorbed by the first beam by torsion, thanks to the angle between the beams.
I en annan aspekt av den mekanisk rörelseförstärkare kan en balk utan förstårkande rörelseverkan förbinda två anliggande balkar med förstârkande rörelseverkan.In another aspect of the mechanical motion amplifier, a beam without amplifying motion may connect two adjacent beams with amplifying motion.
I vissa utföranden av den mekaniska rörelseförstärkaren utgörs aktuatorenheten av minst en piezoaktuator.In some embodiments of the mechanical motion amplifier, the actuator unit consists of at least one piezo actuator.
Vidare så kan de i serie kopplade balkarna ingå i ett system av ett flertal mekaniska rörelseförstärkare, där konstruktionen möjliggör att minst två enheter av, i serie kopplade balkar, kan kopplas samman för att, på ett kompakt sätt, fördela de tryckande och/eller dragande rörelserna från en eller flera aktuatorenheter, placerade vertikalt mot de minst två enheterna av serielltkopplade balkar, och generera vid minst två områden parallella dragande och/eller tryckande rörelser med förstärkt amplitud.Furthermore, the series-connected beams can be part of a system of a plurality of mechanical motion amplifiers, where the construction enables at least two units of series-connected beams to be connected together in order to, in a compact manner, distribute the pressing and / or pulling the movements of one or more actuator units, placed vertically against the at least two units of series-connected beams, and generate at least two areas parallel pulling and / or pressing movements with amplified amplitude.
Denna typ av system med fler än två enheter av seriekopplade balkar gör att man på ett effektivt sätt kan få en förstärkt rörelseamplitud som är antingen tryckande eller dragande att ske parallellt men även nästintill samtidigt. Man kan även från samma system få en kombination av tryckande och dragande rörelse.This type of system with more than two units of series-connected beams means that you can effectively get a reinforced amplitude of movement that is either pushing or pulling to take place in parallel but also almost simultaneously. You can also get a combination of pushing and pulling movement from the same system.
Vidare beskriver uppfinningen enligt en andra aspekt ett förfarande för mekanisk rörelseförstärkning.Furthermore, according to a second aspect, the invention describes a method for mechanical motion reinforcement.
Förfarandet innefattar användning av minst två i serie kopplade balkar där varje balk år konstruerad att ha låg vridstyrka, liten vikt och små dimensioner. Enligt förfarandet får den, från minst en aktuatorenhet, tryckande eller dragande rörelsen med en första amplitud på, en av de seriekopplade balkarna, en förstärkt amplitud genom att de 10 15 20 25 30 35 534 855 seriekopplade balkarna samverkar så att den totala förstärkningen av den första dragande eller tryckande rörelsens amplitud blir en produkt av de samverkande balkarnas, på rörelseamplituden, förstärkande effekt.The method involves the use of at least two beams connected in series, each beam being designed to have low torsional strength, low weight and small dimensions. According to the method, from at least one actuator unit, the pushing or pulling movement with a first amplitude on, one of the series-connected beams, has a amplified amplitude by the series-connected beams cooperating so that the total reinforcement of the the amplitude of the first pulling or pressing movement becomes a product of the reinforcing effect of the cooperating beams, on the amplitude of the movement.
Således sker den slutliga förstärkta dragande eller tryckande rörelsen parallellt relativt den första tryckande eller dragande rörelsen.Thus, the final amplified pulling or pushing motion occurs in parallel relative to the first pushing or pulling motion.
Några viktiga mekaniska omständigheter har beaktats vid framtagningen av uppfinningen och nämns nedan.Some important mechanical circumstances have been taken into account in the development of the invention and are mentioned below.
Uppfinningens utföringsformer har således fördelar och särskilt positiva effekter, utöver dessa som nämns ovan.The embodiments of the invention thus have advantages and particularly positive effects, in addition to those mentioned above.
Styvheten i en balk med fyrkantigt tvärsnitt ökar med kubiken på balkens tvärsnittsbredd i arbetsriktningen som hävstång. Därför har balkens tvärsnittsbredd i arbetsriktningen gjorts stor i förhållande till den ortogonala bredden. Detta ger en även en minskning av massan och en hög resonansfrekvens.The stiffness of a beam with a square cross-section increases with the cubic on the cross-sectional width of the beam in the working direction as a lever. Therefore, the cross-sectional width of the beam in the working direction has been made large in relation to the orthogonal width. This also gives a reduction in mass and a high resonant frequency.
Metall med en yta som har hög ytjämnhet har högre utmattningsuthållighet än en bearbetad yta. Därför har designen gjorts så enligt vissa av uppfinningens utföringsformer. Till exempel bockas inte en skärningsyta av folien, utan bara själva folie ortogonalt därtill.Metal with a surface that has a high surface evenness has a higher fatigue resistance than a machined surface. Therefore, the design has been made so according to some of the embodiments of the invention. For example, a cutting surface is not bent by the foil, but only the foil itself orthogonally to it.
En tunn balk har en låg vridstyvhet. Detta kan utnyttjas för att ta upp rörelser i anordningen. Tjockleken på folien är här i spannet 0,1-1 mm, företrädelsevis är tjockleken ca 0,5 mm.A thin beam has a low torsional rigidity. This can be used to record movements in the device. The thickness of the foil here is in the range 0.1-1 mm, preferably the thickness is about 0.5 mm.
Rörelser av två balkar i rad som på ett oönskat sätt arbetar mot varandra i ett plan kan genom att en av balkarna böjs i en vinkel i förhållande till den andra tas upp så att rörelserna omvandlas till en vridning av den första balken.Movements of two beams in a row which in an undesired manner work against each other in a plane can be taken up by one of the beams being bent at an angle relative to the other so that the movements are converted into a rotation of the first beam.
Genom att göra balkarna tunna kan dessa tillverkas i folie, och med en design enligt uppfinningen kan tredimensionella strukturer lätt åstadkommas genom att folierna böjs till önskad struktur. 10 15 20 25 30 35 534 895 För att arbeta med stora krafter kan strukturer bestående av flera parallella balksystem göras.By making the beams thin, these can be made of foil, and with a design according to the invention, three-dimensional structures can be easily achieved by bending the foils to the desired structure. 10 15 20 25 30 35 534 895 To work with large forces, structures consisting of several parallel beam systems can be made.
Enligt en tredje aspekt av uppfinningen tillhandahàlles ett förfarande för tillverkning av en mekanisk rörelseförstärkare. Tillverkningsförfarandet innefattar att skära tvä seriekopplade balkar ur ett sammanhängande stycke folie, och bocka folien för att erhålla två i vinkel seriekopplade balkar varvid varje balk har en tjocklek som är väsentligen mindre än dess ortogonala utbredning, bocka folien ortogonalt tjockleken för att erhålla två vinklade balkar, och optionalt anordna en piezoaktuator parallellt med en av de två balkarnas tjocklek vid en av dom tvâ balkarna för att skapa en rörelse som kan förstärkas av de tvä vinklade sammanhängande balkarna. Översiktlig beskrivning av ritningarna Dessa och andra aspekter, särdrag och fördelar som uppfinningen åtminstone delvis innehar blir tydligare och specificerade genom följande beskrivning av utförandeformer av föreliggande uppfinning, där referens görs till de vidliggande figurerna, i vilka Figur 1 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel på en mekanisk förstärkare med vinkelstållda hävstänger enligt en princip av uppfinningen; Figur 2 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel pä en folieprofil som kan vikas till en tredimensionell struktur enligt en princip av uppfinningen. Ingående delar i strukturen har sin motsvarighet i figur 1 och figur 3.According to a third aspect of the invention, there is provided a method of manufacturing a mechanical motion amplifier. The manufacturing method comprises cutting two series-connected beams from a continuous piece of foil, and bending the foil to obtain two angled series-connected beams, each beam having a thickness which is substantially less than its orthogonal extent, bending the foil orthogonally to obtain two angled beams. and optionally arranging a piezo actuator parallel to one of the thicknesses of the two beams at one of the two beams to create a movement which can be amplified by the two angled continuous beams. General Description of the Drawings These and other aspects, features and advantages of the invention are at least in part clarified and specified by the following description of embodiments of the present invention, taken in conjunction with the accompanying figures, in which Figure 1 shows in a schematic view an exemplary embodiment of a mechanical amplifier with angled steel levers according to a principle of the invention; Figure 2 shows in a schematic view an exemplary embodiment of a foil profile which can be folded into a three-dimensional structure according to a principle of the invention. Components of the structure have their counterparts in Figure 1 and Figure 3.
Motsvarande delar är: 20,l0,30, 21,11,3l, 22,l2,32 samt 23,13,33; Figur 3 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel hur fyra stycken folieprofiler enligt figur 2 kan böjas och sammanfogas till en komplex struktur enligt en princip av uppfinningen. Hela strukturen byggs upp av en komponent enligt Fig. 2; 10 15 20 25 30 35 534 895 Figur 4 visar i en schematisk vy ytterligare ett utförandeexempel på en mekanisk förstärkare med vinkelstâllda hävstänger enligt en princip av uppfinningen; och Figur 5 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel hur ett flertal, här sex stycken sammanhängande foliestrukturer enligt figur 4 kan sammanfogas till en komplex struktur. Hela strukturen byggs upp av tre foliekomponenter.Corresponding parts are: 20, 10,30, 21,11,3l, 22, 12,32 and 23,13,33; Figure 3 shows in a schematic view an embodiment how four pieces of foil profiles according to figure 2 can be bent and joined together into a complex structure according to a principle of the invention. The whole structure is made up of a component according to Fig. 2; Figure 15 shows in a schematic view a further embodiment of a mechanical amplifier with angled levers according to a principle of the invention; and Figure 5 shows in a schematic view an embodiment how a plurality, here six contiguous foil structures according to figure 4 can be joined to a complex structure. The entire structure is made up of three foil components.
Beskrivning av utföranden Ett exempel på en anordning i enlighet med en utföringsform av uppfinningen erhålles enligt figur 1 genom en första balk 10 som vid vinkeln 12 ligger an mot ett underlag 19 i linje ortogonalt mot hävstången.Description of embodiments An example of a device in accordance with an embodiment of the invention is obtained according to Figure 1 by a first beam 10 which at the angle 12 abuts against a base 19 in line orthogonal to the lever.
Kraften Fo håller balken tryckt mot underlaget 19.The force Fo keeps the beam pressed against the ground 19.
Genom en, mot balken ortogonal folie 13, utsätts balken 10 för en nedàtriktad rörelse d. Balkens 10 utbredning X1+X2 bildar då en hävstáng med förstârkningen X1+X;/X1.Through a foil 13 orthogonal to the beam, the beam 10 is subjected to a downward movement d. The extension X1 + X2 of the beam 10 then forms a lever with the reinforcement X1 + X; / X1.
Första balkens 10 rörelse 6 övergår då direkt som ingångsrörelse till en andra balk 11. Denna balk 11 kommer vid belastning att i längdriktningen vridas runt stödet 14.The movement 6 of the first beam 10 then passes directly as an inward movement to a second beam 11. This beam 11 will, when loaded, be rotated in the longitudinal direction around the support 14.
Denna vridande rörelse tas, tack vare vinkeln mellan hävstângerna, fördelaktigt upp av första balken 10 genom torsion. Det snedstreckade området på första balken 10 antyder detta. Den andra balkens förstärkning blir -Y;/Y1, och hela anordningens förstärkning D/d blir produkten av hâvstängernas förstärkning.This rotational movement, thanks to the angle between the levers, is advantageously absorbed by the first beam 10 by torsion. The slanted area on the first beam 10 indicates this. The gain of the second beam becomes -Y; / Y1, and the gain D / d of the whole device becomes the product of the reinforcement of the main bars.
Alla delarna som ingår i figur 1 kan göras i ett sammanhängande stycke i folie enligt figur 2.All the parts included in figure 1 can be made in a continuous piece in foil according to figure 2.
Genom att böja nämnda foliestycke på enligt figurerna lämpliga ställen kan en struktur enligt figur 3 åstadkommas med hjälp av fyra identiska foliebitar. Krafterna fördelas då i fyra grupper, medan rörelserna blir parallella.By bending said foil piece in places suitable according to the figures, a structure according to figure 3 can be achieved by means of four identical pieces of foil. The forces are then divided into four groups, while the movements become parallel.
Kraften Fo förmedlas i detta fall från balken 31. Länkarna 34 som förmedlar utgángsrörelsen är vinkelställda för att ta upp skjuvrörelser. 10 15 20 25 30 35 534 895 Med denna struktur kan ett rörelseförstärkarelement tillhandahållas med ca. 50 gångers förstärkning, en volym mindre än 0,5 cma, en vikt mindre än ett gram och en hantering av aktuatorkrafter i storleksordningen 200 N tillverkas. Än högre förstärkning kan uppnås genom att tillföra en tredje balk i var och en de fyra ingående balkanordningarna. Den låga vikten och de små dimensionerna kommer att leda till en liten tröghet i systemet, och därav en snabb respons av en förstärkt aktuatorrörelse.The force Fo is transmitted in this case from the beam 31. The links 34 which transmit the output movement are angled to accommodate shear movements. 10 15 20 25 30 35 534 895 With this structure a motion amplifier element can be provided with approx. 50 times the gain, a volume less than 0.5 cma, a weight less than one gram and a handling of actuator forces of the order of 200 N are produced. Even higher reinforcement can be achieved by adding a third beam in each of the four included beam devices. The low weight and the small dimensions will lead to a slight inertia in the system, and hence a rapid response of an amplified actuator movement.
Eftersom en balk fungerande som hävstàng har en rörelseförstärkning betyder det att den första balken skall hantera krafter förstârkningsfaktorn större än påföljande balk. Detta kan hanteras genom att balken görs högre i lastriktningen. Ett exempel visas i Fig. l för den första balken 10 som har en ökande höjd mot aktuatorpunkten vid folie 13. Detta är dock möjligt bara till en viss gräns då balkgeometrin kan âventyras. Istället är det bättre att som komplettering öka balkens tjocklek ortogonalt mot lastriktningen. En sådan design kan dock under vissa omständigheter vara mindre fördelaktig. Exempelvis skulle detta kunna leda till variationer i folietjockleken i en design som har mer än en balk i samma foliestycke. Dessutom kan en större folietjocklek leda till svårighet att böja densamma till önskvärda strukturer.Since a beam acting as a lever has a motion reinforcement, this means that the first beam must handle forces of the reinforcement factor greater than the following beam. This can be handled by making the beam higher in the load direction. An example is shown in Fig. 1 for the first beam 10 which has an increasing height towards the actuator point at foil 13. However, this is possible only to a certain limit when the beam geometry can be compromised. Instead, it is better to increase the thickness of the beam orthogonally to the load direction as a supplement. However, such a design may in some circumstances be less advantageous. For example, this could lead to variations in the foil thickness in a design that has more than one beam in the same foil piece. In addition, a larger foil thickness can lead to difficulty in bending it to desired structures.
Av denna anledning kan det vara mera fördelaktigt att istället dubblera första balken i anordningen. Exempel på en sådan design kan ses i figur 4. Figuren 4 beskriver ett av sex segment ur figur 5. Den första balken 41 består av två balkar som sammanstrålar i en tvärbalk 48. Denna tvärbalk 48 går via en flexibel del (flexibla områden är markerade som en samling tvärställda streck i figuren) ner i nästa balk 42. Denna förbindelse 44 görs företrädesvis stum för att undvika nötning i förbindelsen.For this reason, it may be more advantageous to double the first beam in the device instead. An example of such a design can be seen in figure 4. Figure 4 describes one of six segments from figure 5. The first beam 41 consists of two beams which converge in a cross beam 48. This cross beam 48 goes via a flexible part (flexible areas are marked as a collection of transverse lines in the figure) down into the next beam 42. This connection 44 is preferably made dumb to avoid abrasion in the connection.
Förbindelsen kan med fördel åstadkommas med snäppfästen ingående i foliens struktur (ej visat i figuren). 10 15 20 25 30 534 895 10 Ingångsrörelsen till första balken 41 sker via segmentet 45 från aktuatorn (ej visad i figuren). Segmentet 45 har flexibla områden för att ta upp rörelser orsakade av balkens vridning runt underlaget 19. De från första balkarna 41 utvikta vinklarna tjänar som flexibel stödpunkter mot underlaget 19. vinklarna 47 behöver inte nödvändigtvis vara fixerade i underlaget19, utan kan rida på vinkelns kant mot underlaget. vinkeln behöver inte flexa i detta fallet. Den andra balken 42 som är enkel trycks nedåt av första balken 41. Den från andra balkens 42 utvikta vinkeln 43 tjänar som flexibel stödpunkt mot underlaget 19. Den utvikta vinkeln 46 förmedlar strukturens utgångsrörelse via en flexibel länk markerat som streckat område. Strukturens förstärkning D/d blir [(X1+x2) /Xfl * l (YflYz) /Yfl - Anordningen enligt figur 4 kan betraktas som ett segment ingående i en struktur enligt figur 5.The connection can advantageously be provided with snap fasteners included in the structure of the foil (not shown in the figure). 10 15 20 25 30 534 895 10 The input movement to the first beam 41 takes place via the segment 45 from the actuator (not shown in the figure). The segment 45 has flexible areas for absorbing movements caused by the rotation of the beam around the ground 19. The angles developed from the first beams 41 serve as flexible support points against the ground 19. The angles 47 do not necessarily have to be fixed in the ground 19, but can ride on the edge of the angle towards the substrate. the angle does not have to flex in this case. The second beam 42, which is simple, is pushed downwards by the first beam 41. The angle 43 developed from the second beam 42 serves as a flexible support point against the base 19. The developed angle 46 transmits the initial movement of the structure via a flexible link marked as a dashed area. The gain D / d of the structure becomes [(X1 + x2) / X fl * l (Y fl Yz) / Y fl - The device according to Figure 4 can be considered as a segment included in a structure according to Figure 5.
De ur figur 4 ingående delarna 47, 41 och 48 sexfaldigas till en sammanhängande folie som viks och sluts i ändarna och får en struktur enligt 51 i figur 5. Delarna 43,42 och 46 sexfaldigas på samma sätt till en struktur enligt 52 i figur 5. Aktuatorlänken 47 sexfaldigas den också, och får strukturen 53 i figur 5. Genom detta förfarande fås en mekanisk förstärkare enligt figur 4 och figur 5 med en kraftfördelning från aktuatorn till tolv anliggningspunkter och en utvâxlad rörelse från sex länkar.The parts 47, 41 and 48 included in Figure 4 are folded sixfold into a continuous foil which is folded and closed at the ends and has a structure according to 51 in Figure 5. Parts 43, 42 and 46 are folded sixfold in the same way into a structure according to 52 in Figure 5. The actuator link 47 is also multiplied six times, and given the structure 53 in Figure 5. This method obtains a mechanical amplifier according to Figure 4 and Figure 5 with a power distribution from the actuator to twelve contact points and a geared movement from six links.
Ovan beskrivna principer år fördelaktiga i kombination med aktuatorer med en liten rörelse, och förutom med piezoaktuatorer kan kombinationer göras med andra aktuatorer såsom elektrostriktiva, termiska eller kemiska.The principles described above are advantageous in combination with actuators with a small movement, and in addition to piezo actuators, combinations can be made with other actuators such as electrostrictive, thermal or chemical.
Som framgår av figurerna är det möjligt att åstadkomma såväl en tryckande som dragande förstärkt rörelse.As can be seen from the figures, it is possible to achieve both a pushing and pulling reinforced movement.
Claims (11)
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE1050476A SE534895C2 (en) | 2010-05-17 | 2010-05-17 | Method for manufacturing a mechanical motion amplifier |
| PCT/EP2011/057812 WO2011144543A1 (en) | 2010-05-17 | 2011-05-15 | Pneumatic transient handler and a transient handling method |
| CN201110126007.4A CN102252072B (en) | 2010-05-17 | 2011-05-16 | Mechanical amplifier, the system of this amplifier and a kind of mechan-amplifier method of motion |
| PCT/EP2011/057929 WO2011144591A1 (en) | 2010-05-17 | 2011-05-17 | Mechanical amplifier, system of said amplifiers and method for mechanically amplification of a motion |
| PCT/EP2011/058009 WO2011144642A1 (en) | 2010-05-17 | 2011-05-17 | Piezo electric controlled high-pressure valve and method for controlling a high-pressure valve |
| EP11720095A EP2572387A1 (en) | 2010-05-17 | 2011-05-17 | Mechanical amplifier, system of said amplifiers and method for mechanically amplification of a motion |
| EP11719839A EP2572129A1 (en) | 2010-05-17 | 2011-05-17 | Piezo electric controlled high-pressure valve and method for controlling a high-pressure valve |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE1050476A SE534895C2 (en) | 2010-05-17 | 2010-05-17 | Method for manufacturing a mechanical motion amplifier |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE1050476A1 SE1050476A1 (en) | 2011-11-18 |
| SE534895C2 true SE534895C2 (en) | 2012-02-07 |
Family
ID=44979549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE1050476A SE534895C2 (en) | 2010-05-17 | 2010-05-17 | Method for manufacturing a mechanical motion amplifier |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102252072B (en) |
| SE (1) | SE534895C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113029325A (en) * | 2019-12-24 | 2021-06-25 | 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 | Mechanical amplifier and household appliance |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6162369A (en) * | 1984-08-30 | 1986-03-31 | Tokyo Juki Ind Co Ltd | Actuator using piezoelectric element |
| JPH0694909B2 (en) * | 1988-12-15 | 1994-11-24 | 工業技術院長 | Fluid control valve using piezoelectric element |
| US6774539B2 (en) * | 2002-09-23 | 2004-08-10 | Lockheed Martin Corporation | High pressure, high speed actuator |
| GB2411288B (en) * | 2004-02-20 | 2006-01-04 | Melles Griot Ltd | Positioner device |
| US7227295B2 (en) * | 2005-02-04 | 2007-06-05 | Asm Assembly Automation Ltd. | Piezoelectric device with amplifying mechanism |
| CN201153129Y (en) * | 2008-01-04 | 2008-11-19 | 华南农业大学 | Micro-displacement amplifying device |
-
2010
- 2010-05-17 SE SE1050476A patent/SE534895C2/en unknown
-
2011
- 2011-05-16 CN CN201110126007.4A patent/CN102252072B/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102252072B (en) | 2016-04-13 |
| SE1050476A1 (en) | 2011-11-18 |
| CN102252072A (en) | 2011-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Static bending and free vibration of organic solar cell resting on Winkler-Pasternak elastic foundation through the modified strain gradient theory | |
| EP3441304B1 (en) | Adaptive structural core for morphing panel structures | |
| CN104334914B (en) | Damping mechanical linkage which controls | |
| US20140115849A1 (en) | Method for flow control | |
| Henke et al. | Multi-layer beam with variable stiffness based on electroactive polymers | |
| Lesieutre et al. | Scaling of performance, weight, and actuation of a 2-D compliant cellular frame structure for a morphing wing | |
| Thill et al. | Corrugated composite structures for aircraft morphing skin applications | |
| Na et al. | Compact piezoelectric tripod manipulator based on a reverse bridge-type amplification mechanism | |
| Mottard et al. | Analysis of flexural hinge orientation for amplified piezo-driven actuators | |
| Thirumalaiselvi et al. | Numerical evaluation of deformation capacity of laced steel-concrete composite beams under monotonic loading | |
| Onyeka | Direct analysis of critical lateral load in a thick rectangular plate using refined plate theory | |
| EP2836338B1 (en) | Flexure elements for series elastic actuators and related methods | |
| SE534895C2 (en) | Method for manufacturing a mechanical motion amplifier | |
| Zhang et al. | Singularity avoidance for a deployable mechanism using elastic joints | |
| WO2011144591A1 (en) | Mechanical amplifier, system of said amplifiers and method for mechanically amplification of a motion | |
| Lu et al. | Distributed sensing signal analysis of deformable plate/membrane mirrors | |
| Tang et al. | Optimal design of the lever displacement amplifiers for a flexure-based dual-mode motion stage | |
| Meoni et al. | Design of nonoverconstrained energy-efficient multi-axis servo presses for deep-drawing applications | |
| Shi et al. | Design and characteristics of a novel compliant symmetric microgripper mechanism | |
| Guz | For the 100th Anniversary of the SP Timoshenko Institute of Mechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine (NASU) | |
| AKHLAQUE-E-RASUL et al. | Buckling analysis of tapered composite plates using Ritz method based on first-order shear deformation theory | |
| Chow et al. | Effect of principal damage plane rotation on anisotropic damage plastic model | |
| Cheung et al. | Wind tunnel test of a morphing wingtip leading edge | |
| Aza et al. | Reconfigurable Trusses of Nonlinear Morphing Elements | |
| Xu | Design of a constant-force microgripper mechanism for biological micromanipulation |