TÓM TẮT: Các cơ cấu tác động cho chuyển động có độ phân giải micro được ứng dùng

trong nhiều lĩnh vực chính xác như là định vị chính xác, gia công chính xác, quang học,

Việc thiết kế ý tưởng và hình dáng của một cơ cấu cấu tác động cho chuyển động có độ phân

giải micro được trình bày trong bài báo này. Ý tưởng của thiết kế dựa trên họat động của

thanh piezo gồm nhiều lớp và cơ cấu khuếch đại vi phân. Bài báo cũng trình bày việc mô

phỏng họat động của cơ cấu nhờ vào ANSYS. Việc mô phỏng là kết quả của việc kết hợp hai

bài toán: tiếp xúc và sự kết hợp giữa biến dạng và điện.

1. GIỚI THIỆU

Các cơ cấu dẫn động có độ phân giải micro rất cần thiết cho các lãnh vực nghiên cứu mũi

nhọn như: gia công chính xác, cáp quang, công nghệ sinh học, công nghệ y sinh học, Hiện

nay một số dạng cơ cấu tạo chuyển động với độ phân giải micro đã được chế tạo theo các

nguyên lý “Sâu đo”-Inchworm , “Dính-trượt”- Stick-Slip , từ trường - magnet , kết

hợp Stick-slip và visme vi phân , dãn nở của thank piezo nhiều lớp (multi-stack piezo) và

bộ khuếch đại cơ [5 – 8]. Các cơ cấu trên thường có khả năng tải nhỏ (dạng Stick-slip) hay

khỏang di chuyển nhỏ (dạng Inchworm hay dùng bộ khuếch đại cơ) hay độ phân giải và cứng

vững thấp (dạng từ trường).

Bài báo này trình bày việc thiết kế một cơ cấu tác động cho chuyển động thẳng có độ phân

giải micro có khả năng tải và khoảng di chuyển lớn dựa trên kết hợp thanh piezo nhiều lớp và

bộ phận khuếch đại vi phân. Đây là một phần kết quả của đề tài Nghiên cứu cơ bản NCCB-

300506 được tài trợ bởi Bộ Khoa Học và Công nghệ Môi Trường Việt Nam. Các vấn đề được

trình bày gồm thiết kế ý tưởng và hình dạng cho cơ cấu – phần 2, thiết kế cơ cấu theo độ cứng

vững – phần 3, phần 4 trình bày việc mô phỏng họat động của cơ cấu dùng ANSYS.

2. THIẾT KẾ Ý TƯỞNG VÀ HÌNH DÁNG CƠ CẤU

2.1. Nguyên lý khuếch đại vi sai

Cơ cấu được thiết kế bao gồm bộ khuếch đại cơ với piezo làm nguồn phát động chuyển

động, có sử dụng khớp mềm để nối các khâu thay cho các khớp bản lề thông thường. Cơ cấu

được dẫn động bởi thanh piezo nhiều lớp sẽ có khả năng tải lớn (tới 10 KN), tuy nhiên khoảng

di chuyển rất nhỏ (dưới 100 μm – nếu không dùng bộ khuếch đại hoặc dưới 300 μm nếu có bộ

khuếch đại). Nhược điểm dạng này là bộ khuếch đại là một dãy liên tiếp các đòn bẩy, mà số

đòn bẩy hạn chế và độ khuếch đại của mỗi đòn bẩy cũng không lớn (1,5 - 2). Khuyết điểm

dạng cơ cấu này sẽ được khắc phục khi dãy những đòn bẩy liên tiếp được thay thế bởi cơ cấu

khuếch đại vi sai. Bình thường đòn bẩy đơn (Hình 1-a) cho đầu ra