基于双向平面四杆机构的二维微动工作台的设计与有限元分析VIP免费

第34卷第4期基于双向平面四杆机构的二维微动工作台的设计与有限元分析71文章编号：1004—2539(20lO)04一仰1—04基于双向平面四杆机构的二维微动工作台的设计与有限元分析包丽雅1，2郝永平2张嘉易2胡延丽3(1淮北职业技术学院，安徽淮北235000)(2沈阳理工大学cAD／cAM技术研究与开发中心，辽宁沈阳110168)(3北方重工沈矿集团设计研究院，辽宁沈阳1100凹)摘要基于双向平面四杆机构设计出了二维微动工作台，该工作台采用了内外双层柔性铰链支撑结构，利用压电陶瓷驱动，具有结构简单、加工方便等优点。为了验证该工作台能达到预期效果，在Pro／E中建模再导入ANsYS中进行静态分析，分析结果与计算结果吻合较好。同时在ANs髑中对微动工作台施加X和y向不同力时，得到彳和l，向位移及工作台的最大应力，通过比较得到位移与力成正比，应力与位移成正比，与公式一致，最后建立了微动工作台的动态模型，解析计算与有限元模态分析求解固有频率基本一致，说明该微动工作台基本满足要求。关键词微动工作台柔性铰链压电陶瓷有限元分析De嫡孕a耐FiIliteEleI删nt蛐sisof2-DMi咖Di刚∞哪蛔吐Wor妣Iblebased伽’rw伽di阳咂蚰Pl锄盯Fo盯-b盯nnkageBao蜘1，2HaoYo唧i哥乃laIlgJ蛳2HuY锄li3(1Hllaibei恻伽al＆蛐cBlcolle萨，}hlaibei235000，0l面a)(2R㈣耐I&DevelopⅡH吡C∞terofCAI)／a蛳，SIleny“gLi胂唱UIliv踯哪，孙e唧锄g1101鹋，0liM)(3舢‰鸭岫G唧脚&酗∞IdI蜥hne，‰嗍1100凹，‰)A换ih翟ct2一DmicmdisplaceIllemwoIktablei8desigrledklsedontwo-plarl盯f机叶barli】1kage，w}Iichi8s岫-tainedbyintemalandexferrlaldoublelayer丑eⅪuIeIliI咎觚dis∞tIJatedb)rpi衄dectric姆。嘣珈【licactuator(PzT)．Ith鹪tlleadvantageofsirnplesmJcture，convenientmaI：曲cture．hlofdertoValida惦dlat山ewo矗tablecaIlacllieve‰唧蟛=tede任＆t，itis酬ablisheda舭晒calIIlodalbyP咖，E．ANSYSisusedtoarl由zes诅ticstateand忆aIIal妒一calresultsa陀in900d理阳坝Ⅸmt撕tllcomputillg删ts．ItisX锄dydispLacel]【lent锄dthem黜面1umstre鹤梳tIleIIlicIDdisplacemf斌wod【；ableis眈吼edX船dydi侬髓nt‰e．7nleIes_ults幽0wdlattIledispIacelI贼ltisp叩毗ioIlalt0tIlefoI℃e缸ldⅡles舵褐ispmpc魄|011altotIledisplac删tbycom阿ng．hisiIla罢球舢∞m埘tIlf0咖山．At妇，adymInicⅡ捌eloftheworktableisbuih．-Iheinher∞t雠qIl即cy0f锄alyticalcalculati帆isc0璐ist朗twidlfiIliteele．mellt瑚odalanalysis．h州IledtIlattIlewmkablecompliedwiⅡltlleb鹊icreqlJilleInents．KeywordsMicmdisp】ac印f删wI叫kabknexu啪llingePiezoelec廿ici哆cer锄icFiIlitee】伽=lemanalysisO引言由于微装配系统的特点是操作对象微小，因而要求微装配系统中的设备具有较高的定位精度。而微装配系统中微动工作台是系统中的关键部件，由于微器件本身特性，在装配中要求微动工作台驱动器相应要小、无间隙、无摩擦、分辨率高、定位精度要高，目前国内外所涉及的微动工作台，典型的分类有[1]：①柔性铰链式微动工作台；②滚动导轨式微动工作台；③滑动导轨式微动工作台；④气浮式微动工作台；⑤磁悬浮式微动工作台。而由压电陶瓷PzI'作为驱动部件的柔性铰链机构微动工作台由于其结构紧凑、体积很小，可以做到无机械摩擦、无间隙，具有较高位移分辨率，可达l姗。因此，本文中我们主要讨论基于压电陶瓷PzI'作为驱动部件的柔性铰链机构微动工作台的设计与分析。l微动台的设计及简化分析传统的定位系统是采用机械传动来实现定位的。而由于摩擦和回程间隙的存在，很难实现精密定位，并且分辨率低，尺寸和体积也较大。本文中所采用的传万方数据机械传动2010年动系统是基于单轴柔性铰链，由于柔性铰链无摩擦、无间隙，而且弹性变形是可逆的，它已在精密仪器仪表的设计中得到了广泛地应用。微动工作台的设计应满足下列要求：a．柔性铰链内部的弯曲应力应小于材料的许用应力。b．微动台产生最大位移时，微动台弹性恢复力应小于微位移器的最大驱动力。c．为了使微动台具有较高的分辨率，在保证铰链所受应力符合许用应力的条件下，应尽量减...