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《基于柔性鉸鏈的微位移放大機構設計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、基于柔性鉸鏈的微位移放大機構設計于志遠，姚曉先，宋曉東（北京理工大學宇航科學技術學院北京100081）摘要：為了對柔性鉸鏈進行優(yōu)化設計，定義了一個新的參數(shù)并用它來討論5種常見的柔性鉸鏈—直梁型柔性鉸鏈、圓角直梁型柔性鉸鏈、橢圓型柔性鉸鏈、拋物線型柔性鉸鏈和雙曲線型柔性鉸鏈。首先建立了一個柔性鉸鏈的有限元模型并用理論分析驗證它的正確性。由于剛度是影響柔性鉸鏈性能的最重要的參數(shù)，定義了一個參數(shù)λ——柔性鉸鏈凹口處長與寬的比值。然后通過有限元分析得出5種柔性鉸鏈剛度比值ε的曲線，并且基于此比值設計了一個壓
2、電致動器的微位移放大機構。本文的設計方法以及剛度比ε有助于我們設計這一類型的微位移放大機構。關鍵詞：柔性鉸鏈；有限元；壓電致動器中圖分類號：TH112.5文獻標識碼：A國家標準學科分類代碼：460.2099Designofmicro-displacementamplifierbasedonflexurehingesYuZhiyuan,YaoXiaoxian,SongXiaodong（SchoolofAerospaceScienceandEngineering,BeijingInstituteofTe
3、chnology,Beijing100081,China）Abstract：Tooptimizethedesignofflexurehinges,anewparameterisdefinedtodiscussthestiffnesscharac-terizationoffivegeneralflexurehinges,whichareleaftypeflexurehinge,corner-filledflexurehinge,ellipticalflexurehinge,parabolicflexu
4、rehingeandhyperbolicflexurehinge.First,afiniteelementmodelofflexurehingesisdevelopedandconfirmedbythetheoreticalformulationdata.Becausethestiffnessisthemostimportantpa-rameterstoaccesstheperformanceofflexurehinges,wefindaparameterλ,whichisdefinedasther
5、atioofthelengthandwidthofthenotch.Thenthestiffnessratioεoffivegeneralflexurehingesisobtainedbyfiniteelementanalysis.Basedonthisratio,amicro-displacementamplifierisdesignedwhichusedforpiezoelectricactuator.Thismethodandthestiffnessratioareveryhelpfultod
6、esignthemicro-displacementamplifier.Keywords：flexurehinges;finiteelement;piezoelectricactuator柔性鉸鏈，并對多組幾何參數(shù)的柔性鉸鏈進行有限元分析，并將結果進行了比較。Lobontiu[8-10]等人介紹了圓角直梁型柔性鉸鏈、拋物線型柔性鉸鏈和雙曲線型柔性鉸鏈的幾何構造，推導了用柔度表征的柔性鉸鏈轉動以及伸縮的彈性運動的方程。Xu和King[11]進行了靜態(tài)有限元分析，比較了直圓型柔性鉸鏈、圓角直梁型柔性鉸鏈
7、和橢圓型柔性鉸鏈的運動形式、應力以及剛度特性。Chen[12]介紹了兩種復合型柔性鉸鏈——直圓型－圓角直梁型和直圓型－橢圓型柔性鉸鏈，復合柔性鉸鏈更適用于高精度大位移的工程應用。本文建立了一個柔性鉸鏈的有限元模型，并且用理論計算出的數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)比較以驗證該模型的準確性。提出了一個通用性的參數(shù)λ用來討論直梁型、圓角引言1作為精密機械與精密儀器的關鍵技術之一，微位移技術隨著微電子、宇航和生物工程等學科的發(fā)展而迅速發(fā)展起來。柔性鉸鏈以其無空回和無機械摩擦、運動平滑以及分辨率高等優(yōu)點廣泛的應用在科研以及工
8、業(yè)裝置中。這些裝置包括微位移平臺[1]、超精密機械加工[2]、微夾持器[3]、加速度計[4]、陀螺儀、掃描隧道顯微鏡[5]、運動導軌、導彈控制裝置、高精度照相機、天線和閥等。1965年，Paros和Weisbord[6]最先介紹了直圓型柔性鉸鏈，通過計算單軸和雙軸柔性鉸鏈的柔度公式，推導了精確以及簡化的設計公式。Smith等人[7]介紹了橢圓型第9期于志遠等：基于柔性鉸鏈的微位移放大機構設計1819EbR2M直梁型、直圓型、橢圓型、拋物線型和雙曲線型柔性鉸鏈的剛度特性
