Optimal Design of a Multi-Layer Lever Type Flexure Hinge for High Magnification

추이쉰; 김화영; 안중환

doi:10.7736/KSPE.2018.35.12.1191

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자료유형: 학술저널

저자정보: 추이쉰 (부산대학교) 김화영 (부산대학교) 안중환 (부산대학교)

저널정보: Korean Society for Precision Engineering Journal of the Korean Society for Precision Engineering Journal of the Korean Society for Precision Engineering Vol.35 No.12

발행연도: 2018.12

수록면: 1,191 - 1,197 (7page)

DOI: 10.7736/KSPE.2018.35.12.1191

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This study investigated the role of multi-layer lever type flexure hinges for high magnification of piezoelectric actuators and their optimal design. In order to obtain a displacement higher than 700 μm with a common PZT actuator of displacement less than 15 μm, the magnification ratio of a flexure hinge must be at least 50 or higher. Under a limited compact space, a multi-layer lever structure represents a useful alternative. Restricting the important design parameters to the number of layers and rotational stiffness of notch, the maximum required input displacement/force and the maximum output displacement were analyzed according to the number of layers. The two-layer structure was selected as the best option for large magnification ratio because the required input displacement was drastically reduced. FEM analysis revealed that the lever thickness should be larger than 12 mm to exhibit a rigid body behavior. The output displacement was 664 μm, which was less than 704 μm expected in the design stage. It might be attributed to elastic deformation of the notches of 1st and 2nd layers, which was not considered in the design stage.

#High magnification (고증폭) #Multi-layer flexure hinge (다단 유연힌지) #Notch thickness (노치 두께) #PZT displacement (PZT 변위) #PZT blocking force (PZT 최대 지지력)

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Lee, C. H., Ultraprecision Positioning Technology, Journal of he Korean Society for Precision Engineering, Vol. 17, No. 12, p. 9-15, 2000. Lee, C. H., “Ultraprecision Positioning Technology,” Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 17, No. 12, pp. 9-15, 2000. Gao, P., Swei, S.-M., and Yuan, Z., A New Piezodriven recision Micropositioning Stage Utilizing Flexure Hinges, anotechnology, Vol. 10, No. 4, p. 394, 1999. Gao, P., Swei, S.-M., and Yuan, Z., “A New Piezodriven Precision Micropositioning Stage Utilizing Flexure Hinges,” Nanotechnology, Vol. 10, No. 4, p. 394, 1999. Kim, D., Kang, D., Shim, J., Song, I., and Gweon, D., Optimal esign of a Flexure Hinge-Based XYZ Atomic Force icroscopy Scanner for Minimizing Abbe Errors, Review of cientific Instruments, Vol. 76, No. 7, Paper No. 073706, 2005.

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