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柔性铰链结构因其薄弱部分的弹性变形可实现类似普通铰链的运动传递,具有无摩擦、无间隙、运动灵敏度高的特点,在微机电系统中,常作为位移放大器使用,拓展了微位移驱动器的应用范围和应用领域。
目前微位移放大机构的研究中大多采用短臂柔性铰链连接各构件。柔性铰链的转动能力、回转精度、应力水平等性能与铰链的形状特别是铰链最薄处的尺寸有很大关系。本文对全柔性微位移放大机构进行了研究,设计并分析了一种对称的长柔性杆微位移放大机构,主要研究内容包括:
(1)设计了一种对称的长柔性杆微位移放大机构,完成了该机构的加工版图设计。结合弹性力学和Bernoulli-Euler假设,根据悬臂梁弹性变形模型和伪刚体模型,推导出该放大机构的力与输入、输出位移计算公式及放大比公式。
(2)在Proe建模的基础上,建立了全柔性微位移放大机构的参数化分析模型,对设计实例分别进行了理论计算和有限元分析,并对该放大机构的力与输入、输出位移计算公式及放大比公式进行验证。
(3)分析了机构主要性能与机构参数的关系,通过对一组实例模型的理论计算与有限元仿真,分析得到了该机构主要结构参数对机构性能的不同影响效果,并对理论计算结果与仿真结果的误差产生原因进行了分析与探讨,为放大机构的进一步优化设计打下了一定的理论基础。
(4)对全柔性微位移放大机构的动力学性能进行了仿真,根据仿真结果,分析研究了全柔性微位移放大机构主要结构参数对其固有频率的影响效果。