全柔性微位移放大机构的设计与分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关键 词 ： 柔性机构 ； 全 柔性铰 链 ； 微位移 ； 放大 比 ； 限元分 析 有
【 ｂｔ ｃ】 ｕ ｙｃｍ ｌ ｎ ｍｃ － ｉ ｌ ｅ ｅｔ ｐｉｃｔ ｎｍ ｃａｉ Ｓａｙｄｓ ｎｄｔ ｂ Ａ ｓ ａｔ Ｆ ｌ ｐｉ ｔ ｉ ｏ ｄ ｐａ ｍ ｎ ａ ｌ ａｏ ｅｈｎ ｍ ｉ ＵＨｌ ｅｉ ｅ ｅ ｒ ｌ ｏ ａ ｒ ｓ ｃ ｆ ｉ ｍ ｓ ｓ ｌ ｇ ｏ
：。 。 ’ 。 ’ 。 Ⅲ Ⅲ 。 。 。 。’ 。 Ⅲ 。 。 ’ 。 。’ ㈣ Ⅲ Ⅲ 。 。 ’ 。 。 。 。 Ⅲ Ⅲ Ⅲ 。。 。 。’ 。 ㈣ 。。’。。． Ⅲ 。’ 。 。 ’ 。 。 ’ 。 Ⅲ Ⅲ Ⅲ 。 。 Ⅲ 。 ’ 。 。 。Ⅲ Ⅲ … 。 。 ’ 。 。 ’ 。 。 。’ 。 Ⅲ 。 ． ＝ … 。 。 。 。 。 。：
ｗ ｓｄｓ ｎ ｄ ｃ ｍ ｅ ｉ ｌ ｔ ｉ ｎ ｅｎ ｕｌ Ｅ ｌｒ ｓｍ ｔ ｎ ｔｅ ｏｃ － ｅ ｅｔ ｎｒｌｔ ｎ ｈ ａ ｅｉ ｅ ，ｏ ｂｎ ｄｗ ｔ Ｅ ａ ｉ ｔ ａ ｄ Ｂ ｒｏ ｌ－ ｕｅ ｐｉ ，ｈ ｒｅ ｄｆ ｃ ｏ ｅ ｉ ｓ ｉ ｇ ｉ ｈ ｓｃ ｙ ｉ ｓ ａｕ ｏ ｆ ｌ ｉ ａｏ ｐ
吴 国昌 邱 丽芳 段 磊 谢之勇 （ 京科 技大学 机械 工程学 院 ， 北 北京 １０ ８ ） ０ ０ ３
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｆ ｕｌ ｏ ｓ ｇ ｎ ｎ ｌｓｓ ｏ ｌ ｃ ｍｐ ｉｎ ｃ ｏ ｄｉｐａ ｅ ｆ ｙ ｌ ｔｍｉｒ － ｓ ｌｃ ｍｅ ｔ ｍ ｐｉｃ ｔ ｎ ｍｅ ｈ ｎｓ ａ ｎ ａ ｌｉａ ｉ ｃ ａ ｉｍｓ ｆ ｏ
第 １ 期 １ ３ ９ （ ０ １Ｏ — ０ ５ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ） １０ ４ — ３
机 械 设 计 与 制 造
Ｍ ａ ｈ ｎｅｙ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｉ ｒ ｓｇ ＆ Ｍ ａ ｆ ｃｕｒ ｎｕ ａ ｔ ｅ ４ ５
全 柔性 微 位 移放 大机 构 的设 计 与 分 析
ｔ ｎｈ ｓｂ ｔｅ ｎａ ｇｅ ｈ ｅ ｉｌ ｂ ａ ｎ ｅｏｔｕ ｄｓ ｌ ｅ ｅ ｔ ｗ ｒ ｄ ｃ ｓｄａ ｄｅｐａｎ ｄ ｉ ｓ ｉ ｅｗ ｅ ｎ ｌ ｏ ｅ ｘｂｅ ｅｍｓａｄｔ ｕ ｔ ｉ ａ ｍ ｎｓ ｅｅ ｉ ｕ ｅ ｘ ｌｉｅ ｏ ｐ ｓ ｆｔ ｆ ｌ ｈ ｐ ｐ ｃ ｓｓ ｎ ｔｒｕ ｈａ ｘ ｍ ｌ ａ ａ ｚ ｇ Ｗｉ ｅａ ｆｎｔ ｅｅ ｎ ａ ｓ ， ｎ ｌ， ｅｒｓｈ ｔｅｔｏｍ ｔ— ｈｏ ｇ ｎｅａ ｐ ｅｎ ｌ ｉ ． ｔ ｔ ｉ ｏｉ ｉ ｌｍ ｔ ｌ ｉ ｆ ａ ｙ ｔ ｅｕ ｓｏ ｈ ｅｈ ｙｎ ｈｈ ｄｆ ｅ ｅ ｎ ａ ｙ ｓｉ ｌ ｈ ｆ ｗ
ｏ ｓｗｅ ｅ ｃ ｍｐａ ｅ ． ｄ ｒ ｏ ｒ ｄ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｌ ｏ ｐｌａ ｃ ｎｉｍ ； ｅ ｂ ｅ ｈｉ ｅ； ｉｒ －ｄｉｐ ａ ｅ ｅ ； Ｆｕｌｙ ｃ ｍ ｉ ｎｔｍｅ ｈａ ｓ Ｆｌｘｉ ｌ ｎｇ Ｍ ｃ ｏ ｓ ｌ ｃ ｍ ｎｔ Ａｍ ｐ ｉ ｃ ｔｏ ｒ － ｌｆ ａ ｉ ｎ ａ ｉ
ａ ｐｉｃｔ ｎ ｍ ｃ ａ ｉ ． ｙ ｅ ｔｃ ｌｍ ｃｏ －ｉ ｌ ｅ ｅ ｔ ｍ ｌ ｃｔ ｎ ｍ ｃ ａ ｉ ｆｆ ｘｂｅ ｂ ａ ｓ ｍ ｌ ａｉ ｅ ｈ ｎｓ Ａ ｓｍｍ ｒ ａ ｉｒ — ｓ ａ ｍ ｎ ｐｉ ａｉ ｈｎｓ ｏ ｅｉｌ ｅ ｍ ｆ ｏ ｍ ｉ ｄｐ ｃ ａ ｆ ｏ ｅ ｉ ｍ ｌ
ｗｕ Ｇ ｏ ｃ ａｇ Ｑ Ｕ Ｌ－ａ ｇ Ｄ Ａ ｅ， Ｉ ｈ－ ｏ ｇ ｕ － ｈ ｎ ， Ｉ ｉｆｎ ， Ｕ Ｎ Ｌ ｉＸ ＥＺ ｉｙ ｎ
（ ｃｏ ｌ ｆ ｃ ａｉａ Ｅ ｇ ｅ ｒ ｇ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏｙＢ ｉｎ ，ｅ ｉｇ１ ０ ８ ， ｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｏ ｈ ｎｃ ｌ ｎ ｉ ｅｉ ， ｎｖ ｓ ｙｏ Ｓ ｉ ｅ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｉｇＢ ｉｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ Ｍｅ ｎ ｎ ｅｉ ｆ ｎ ａ ｊ ｊ
ｕｉｚｄａ ｄｓｌ ｅ ｅ ｔ ｍ ｌ ｅ．ｓ ａｌ ｓ ｌｌｌｎｔ ｆｅ ｉｌ ｈｎ ｅｉ ｕｅ ｉｔ ｌ ｏ ｐ ｎｎｓｉ ｅ ｔｉ ｉ ａ ｍ ｎ ｐｉ ｒ ｕｌ ｌｅ ｓ ｐ ｃ ａ ｆ Ｕ ｙ ｍａ —ｅｇｈ ｘｂｅ ｉｇ ｓｄｔｊ ｎ ｍ ｏ ｅ ｔ ｎｔ — ｌ ｓ ｏｏ ａ ｃ ｌ ｈ
ａ ｄｔｅａ ｐ ｉｃ ｉｎｒ ｉ ｗ ｒ ｄ ｒ ｅ ． ｙｆｃｏｓｏ ｈ ｐ ｉｃ ｉｎｒ ｉ ｗ ｒ ａ ￣ｙｅ， ｎ ｅｒｌ— ｎ ｍ ｌ ａ ｏ ｏ ｅｅ ｅｉ ｄ ｈ ｆｔ ｔ ａ ｖ Ｋｅ ｔｒ ｆｔｅａ ｌ ａ ｏ ｏ ｅｅ ｎ ｚｄ ａｄｔ ｅａ ａ ｍ ｆｔ ｔ ａ ｈ －
【 摘 要】 微机械放 大器中常采用全柔性微位移放 大机构来实现输 出位移的放 大，且大多采用短 臂 柔性铰链 连接 各构件 。设计 了一 种对称 的 长柔性杆微 位移 放 大机 构 ， 结合 弹性 力学和 Ｂ ｒｏ ｌ— ｕ ｅｎｕｌ Ｅ — ｉ ｌ 假 设 ， 导 出该放 大机构 的力位 移计 算公式及 放 大比公 式。对影响 该机构放 大比的关键 因素进行 了 ｅ ｒ 推 分析 ， 通过 实例分 析得 到该机 构 中的长 柔性 杆 角度 与输 出位 移之 间的 关 系。 同时用有 限元 方法对 该 实 例进 行 了仿 真分 析 ， 对两种 方法 所得 结果 进行 了分析 比较 。 并
【 ｂｔ ｃ】 ｕ ｙｃｍ ｌ ｎ ｍｃ － ｉ ｌ ｅ ｅｔ ｐｉｃｔ ｎｍ ｃａｉ Ｓａｙｄｓ ｎｄｔ ｂ Ａ ｓ ａｔ Ｆ ｌ ｐｉ ｔ ｉ ｏ ｄ ｐａ ｍ ｎ ａ ｌ ａｏ ｅｈｎ ｍ ｉ ＵＨｌ ｅｉ ｅ ｅ ｒ ｌ ｏ ａ ｒ ｓ ｃ ｆ ｉ ｍ ｓ ｓ ｌ ｇ ｏ
：。 。 ’ 。 ’ 。 Ⅲ Ⅲ 。 。 。 。’ 。 Ⅲ 。 。 ’ 。 。’ ㈣ Ⅲ Ⅲ 。 。 ’ 。 。 。 。 Ⅲ Ⅲ Ⅲ 。。 。 。’ 。 ㈣ 。。’。。． Ⅲ 。’ 。 。 ’ 。 。 ’ 。 Ⅲ Ⅲ Ⅲ 。 。 Ⅲ 。 ’ 。 。 。Ⅲ Ⅲ … 。 。 ’ 。 。 ’ 。 。 。’ 。 Ⅲ 。 ． ＝ … 。 。 。 。 。 。：
ｗ ｓｄｓ ｎ ｄ ｃ ｍ ｅ ｉ ｌ ｔ ｉ ｎ ｅｎ ｕｌ Ｅ ｌｒ ｓｍ ｔ ｎ ｔｅ ｏｃ － ｅ ｅｔ ｎｒｌｔ ｎ ｈ ａ ｅｉ ｅ ，ｏ ｂｎ ｄｗ ｔ Ｅ ａ ｉ ｔ ａ ｄ Ｂ ｒｏ ｌ－ ｕｅ ｐｉ ，ｈ ｒｅ ｄｆ ｃ ｏ ｅ ｉ ｓ ｉ ｇ ｉ ｈ ｓｃ ｙ ｉ ｓ ａｕ ｏ ｆ ｌ ｉ ａｏ ｐ
吴 国昌 邱 丽芳 段 磊 谢之勇 （ 京科 技大学 机械 工程学 院 ， 北 北京 １０ ８ ） ０ ０ ３
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｆ ｕｌ ｏ ｓ ｇ ｎ ｎ ｌｓｓ ｏ ｌ ｃ ｍｐ ｉｎ ｃ ｏ ｄｉｐａ ｅ ｆ ｙ ｌ ｔｍｉｒ － ｓ ｌｃ ｍｅ ｔ ｍ ｐｉｃ ｔ ｎ ｍｅ ｈ ｎｓ ａ ｎ ａ ｌｉａ ｉ ｃ ａ ｉｍｓ ｆ ｏ
第 １ 期 １ ３ ９ （ ０ １Ｏ — ０ ５ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ） １０ ４ — ３
机 械 设 计 与 制 造
Ｍ ａ ｈ ｎｅｙ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｉ ｒ ｓｇ ＆ Ｍ ａ ｆ ｃｕｒ ｎｕ ａ ｔ ｅ ４ ５
全 柔性 微 位 移放 大机 构 的设 计 与 分 析
ｔ ｎｈ ｓｂ ｔｅ ｎａ ｇｅ ｈ ｅ ｉｌ ｂ ａ ｎ ｅｏｔｕ ｄｓ ｌ ｅ ｅ ｔ ｗ ｒ ｄ ｃ ｓｄａ ｄｅｐａｎ ｄ ｉ ｓ ｉ ｅｗ ｅ ｎ ｌ ｏ ｅ ｘｂｅ ｅｍｓａｄｔ ｕ ｔ ｉ ａ ｍ ｎｓ ｅｅ ｉ ｕ ｅ ｘ ｌｉｅ ｏ ｐ ｓ ｆｔ ｆ ｌ ｈ ｐ ｐ ｃ ｓｓ ｎ ｔｒｕ ｈａ ｘ ｍ ｌ ａ ａ ｚ ｇ Ｗｉ ｅａ ｆｎｔ ｅｅ ｎ ａ ｓ ， ｎ ｌ， ｅｒｓｈ ｔｅｔｏｍ ｔ— ｈｏ ｇ ｎｅａ ｐ ｅｎ ｌ ｉ ． ｔ ｔ ｉ ｏｉ ｉ ｌｍ ｔ ｌ ｉ ｆ ａ ｙ ｔ ｅｕ ｓｏ ｈ ｅｈ ｙｎ ｈｈ ｄｆ ｅ ｅ ｎ ａ ｙ ｓｉ ｌ ｈ ｆ ｗ
ｏ ｓｗｅ ｅ ｃ ｍｐａ ｅ ． ｄ ｒ ｏ ｒ ｄ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｌ ｏ ｐｌａ ｃ ｎｉｍ ； ｅ ｂ ｅ ｈｉ ｅ； ｉｒ －ｄｉｐ ａ ｅ ｅ ； Ｆｕｌｙ ｃ ｍ ｉ ｎｔｍｅ ｈａ ｓ Ｆｌｘｉ ｌ ｎｇ Ｍ ｃ ｏ ｓ ｌ ｃ ｍ ｎｔ Ａｍ ｐ ｉ ｃ ｔｏ ｒ － ｌｆ ａ ｉ ｎ ａ ｉ
ａ ｐｉｃｔ ｎ ｍ ｃ ａ ｉ ． ｙ ｅ ｔｃ ｌｍ ｃｏ －ｉ ｌ ｅ ｅ ｔ ｍ ｌ ｃｔ ｎ ｍ ｃ ａ ｉ ｆｆ ｘｂｅ ｂ ａ ｓ ｍ ｌ ａｉ ｅ ｈ ｎｓ Ａ ｓｍｍ ｒ ａ ｉｒ — ｓ ａ ｍ ｎ ｐｉ ａｉ ｈｎｓ ｏ ｅｉｌ ｅ ｍ ｆ ｏ ｍ ｉ ｄｐ ｃ ａ ｆ ｏ ｅ ｉ ｍ ｌ
ｗｕ Ｇ ｏ ｃ ａｇ Ｑ Ｕ Ｌ－ａ ｇ Ｄ Ａ ｅ， Ｉ ｈ－ ｏ ｇ ｕ － ｈ ｎ ， Ｉ ｉｆｎ ， Ｕ Ｎ Ｌ ｉＸ ＥＺ ｉｙ ｎ
（ ｃｏ ｌ ｆ ｃ ａｉａ Ｅ ｇ ｅ ｒ ｇ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏｙＢ ｉｎ ，ｅ ｉｇ１ ０ ８ ， ｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｏ ｈ ｎｃ ｌ ｎ ｉ ｅｉ ， ｎｖ ｓ ｙｏ Ｓ ｉ ｅ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｉｇＢ ｉｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ Ｍｅ ｎ ｎ ｅｉ ｆ ｎ ａ ｊ ｊ
ｕｉｚｄａ ｄｓｌ ｅ ｅ ｔ ｍ ｌ ｅ．ｓ ａｌ ｓ ｌｌｌｎｔ ｆｅ ｉｌ ｈｎ ｅｉ ｕｅ ｉｔ ｌ ｏ ｐ ｎｎｓｉ ｅ ｔｉ ｉ ａ ｍ ｎ ｐｉ ｒ ｕｌ ｌｅ ｓ ｐ ｃ ａ ｆ Ｕ ｙ ｍａ —ｅｇｈ ｘｂｅ ｉｇ ｓｄｔｊ ｎ ｍ ｏ ｅ ｔ ｎｔ — ｌ ｓ ｏｏ ａ ｃ ｌ ｈ
ａ ｄｔｅａ ｐ ｉｃ ｉｎｒ ｉ ｗ ｒ ｄ ｒ ｅ ． ｙｆｃｏｓｏ ｈ ｐ ｉｃ ｉｎｒ ｉ ｗ ｒ ａ ￣ｙｅ， ｎ ｅｒｌ— ｎ ｍ ｌ ａ ｏ ｏ ｅｅ ｅｉ ｄ ｈ ｆｔ ｔ ａ ｖ Ｋｅ ｔｒ ｆｔｅａ ｌ ａ ｏ ｏ ｅｅ ｎ ｚｄ ａｄｔ ｅａ ａ ｍ ｆｔ ｔ ａ ｈ －
【 摘 要】 微机械放 大器中常采用全柔性微位移放 大机构来实现输 出位移的放 大，且大多采用短 臂 柔性铰链 连接 各构件 。设计 了一 种对称 的 长柔性杆微 位移 放 大机 构 ， 结合 弹性 力学和 Ｂ ｒｏ ｌ— ｕ ｅｎｕｌ Ｅ — ｉ ｌ 假 设 ， 导 出该放 大机构 的力位 移计 算公式及 放 大比公 式。对影响 该机构放 大比的关键 因素进行 了 ｅ ｒ 推 分析 ， 通过 实例分 析得 到该机 构 中的长 柔性 杆 角度 与输 出位 移之 间的 关 系。 同时用有 限元 方法对 该 实 例进 行 了仿 真分 析 ， 对两种 方法 所得 结果 进行 了分析 比较 。 并