圓弧形柔性鉸鏈?zhǔn)蕉S并聯(lián)壓電微動平臺的設(shè)計【開題報告+文獻(xiàn)綜述+畢業(yè)設(shè)計】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開題報告</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計制造及其自動化</p><p>　　圓弧形柔性鉸鏈?zhǔn)蕉S并聯(lián)壓電微動平臺的設(shè)計</p><p>　　一、選題的背景與意義</p><p>　　隨著科技的發(fā)展, 各類精密、超精密儀器儀表, 如圖形發(fā)生器、分步重復(fù)照相機(jī)、光刻機(jī)、電子束和X射

2、線及其檢測設(shè)備等被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)研究和現(xiàn)實生活中。與此同時, 相配套的各類精密、超精密微動平臺也應(yīng)運而生。</p><p>　　在電子、光學(xué)、機(jī)械等精密產(chǎn)品制造業(yè)中, 經(jīng)常需要精度高、配置靈活、維護(hù)方便的定位平臺。現(xiàn)代社會對機(jī)械產(chǎn)品的精度和表面質(zhì)量的要求不斷提高，而高精度微位移裝置是超精密機(jī)床的關(guān)鍵裝置, 如要實現(xiàn)微量進(jìn)給、超薄切削、加工誤差的在線補償, 以及加工非軸對稱特殊型面等功能, 都離不開微位移技術(shù)。隨

3、著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 在宇航和航空領(lǐng)域也采用微位移工作臺實現(xiàn)高精度等要求。</p><p>　　二、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題</p><p>　　2.1 研究的基本內(nèi)容</p><p>　　基于微動平臺應(yīng)同時具有良好的位移輸出特性和剛度特性的要求，并考慮材料的加工工藝性，確定微動平臺的材料；</p><p>　　基于圓弧形柔性鉸鏈

4、結(jié)構(gòu)，確定二維串聯(lián)微動平臺的結(jié)構(gòu)形式；</p><p>　　確定圓弧形柔性鉸鏈與微動平臺的幾何尺寸；</p><p>　　基于所確定的圓弧形柔性鉸鏈與微動平臺的幾何尺寸以及所給定的微動平臺的位移行程，計算圓弧形柔性鉸鏈的最大應(yīng)力，校核微動平臺的強度；計算微動平臺的彈性恢復(fù)力、剛度；</p><p>　　基于所給定的微動平臺的位移行程以及由計算所得的微動平臺的彈性恢復(fù)

5、力與剛度，確定壓電陶瓷執(zhí)行器的參數(shù)：最大輸出位移、最大驅(qū)動力、剛度；</p><p>　　分別基于Pro/E、AutoCAD繪制微動平臺的三維造型圖、裝配圖與零件圖；</p><p>　　2.2 擬解決的主要問題</p><p>　　對圓弧形柔性鉸鏈?zhǔn)蕉S并聯(lián)壓電微動平臺進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并確定其材料、幾何尺寸，校核和確定各種參數(shù)。</p><p&g

6、t;　　三、研究的方法與技術(shù)路線</p><p>　　采用經(jīng)驗公式來計算平臺的彈性恢復(fù)力、剛度和柔性鉸鏈的形式和結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　四、研究的總體安排與進(jìn)度</p><p>　　第1~4周：查閱文獻(xiàn)，了解微動平臺的原理及其應(yīng)用；</p><p>　　第5~6周：確定壓電微動平臺的材料、結(jié)構(gòu)形式以及幾何尺寸；</p>&

7、lt;p>　　第7~11周：基于圓弧形柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)，對微動平臺進(jìn)行設(shè)計計算，即對其進(jìn)行 強度校核，計算其彈性恢復(fù)力與剛度，確定壓電陶瓷執(zhí)行器參數(shù)；</p><p>　　第12周：繪制微動平臺的三維造型圖、裝配圖與零件圖;</p><p>　　第13周：撰寫畢業(yè)論文 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>&l

8、t;p>　　陳時錦, 楊元華, 孫西芝, 程凱. 基于柔性鉸鏈的微位移工作臺性能分析與優(yōu)化設(shè)計[J]. 機(jī)械設(shè)計, 2004, 21(7): 46-49</p><p>　　關(guān)耀奇, 陳蓉玲. 柔性鉸鏈在精密和超精密加工中的應(yīng)用與研究[J]. 機(jī)械設(shè)計, 2003, 20(3): 46-47</p><p>　　黃金永, 魏燕定, 張煒. 空間微動平臺的柔性鉸鏈參數(shù)優(yōu)化設(shè)計[J].

9、機(jī)電工程, 2006, 23(1): 55-57</p><p>　　紀(jì)?；? 錢進(jìn). 基于柔性鉸鏈的精密定位平臺的設(shè)計[J]. 機(jī)床與液壓, 2007, 35(11): 62-64</p><p>　　張建雄, 孫寶元. 基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的二維微動工作臺的設(shè)計分析[J]. 壓電與聲光, 2006, 28(5): 624-626</p><p>　　田延嶺, 張

10、大衛(wèi), 閆兵. 二自由度微定位平臺的研制[J]. 光學(xué)精密工程, 2006, 14(1): 94-99</p><p>　　劉品寬, 孫立寧, 曲東升, 榮偉彬. 新型二維納米級微動工作臺的動力學(xué)分析[J]. 光學(xué)精密工程, 2002, 10(2): 143-147</p><p>　　高鵬, 袁哲俊, 姚英學(xué). 基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的新型雙向微動工作臺的研究[J]. 儀器儀表學(xué)報, 199

11、8, 19(2): 192-193 </p><p>　　Kee-Bong Choi, Jae Jong Lee, Seiichi Hata. A piezo-driven compliant stage with double mechanical amplification mechanisms arranged in parallel[J]. Physical, 2010, 161(2):173-183&

12、lt;/p><p>　　Chi-Ying Lin, Po-Ying Chen. Precision tracking control of a biaxial piezo stage using repetitive control and double-feedforward compensation[J]. Mechatronics, 2010, 59(5)：24-32</p><

13、p>　　Hua Wang, Xianmin Zhang. Input coupling analysis and optimal design of a 3-DOF compliant micro-positioning stage[J]. Mechanism and Machine Theory, 2008, 97(9):400-410</p><p>　　S.B. Choi, S.S. H

14、an, Y.M. Han, B.S. Thompson. A magnification device for precision mechanisms featuring piezoactuators and flexure hinges: Design and experimental validation[J], Mechanism and Machine Theory, 2007 59(11):1184-1198</p&g

15、t;<p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計制造及其自動化</p><p>　　圓弧形柔性鉸鏈?zhǔn)蕉S并聯(lián)壓電微動平臺的設(shè)計</p><p><b>　　1、前言 </b></p><p>　　以柔性鉸鏈為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的超高精度微動工作臺已被廣泛用于能束加工

16、、超精密檢測、微操作系統(tǒng)等要求具有納米級定位分辨率的技術(shù)領(lǐng)域中。隨著納米技術(shù)研究的深入發(fā)展, 高分辨率、寬行程、高頻響的微動工作臺越來越成為研究開發(fā)的熱點和難點。隨著科技的發(fā)展, 各類精密、超精密儀器儀表, 如圖形發(fā)生器、分步重復(fù)照相機(jī)、光刻機(jī)、電子束和X射線及其檢測設(shè)備等被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)研究和現(xiàn)實生活中[3~5]。與此同時, 相配套的各類精密、超精密微動平臺也應(yīng)運而生。微動系統(tǒng)一般由微動平臺、檢測裝置、控制系統(tǒng)3 部分組成。<

17、/p><p><b>　　2、微動平臺簡介</b></p><p>　　微動平臺 ，或稱為微位移機(jī)構(gòu)，是指行程小(一般小于mm 級)、靈敏度和精度高的機(jī)構(gòu), 它是微動系統(tǒng)的核心。微動工作臺主要由微位移驅(qū)動器、導(dǎo)軌和輸出平臺等組成。微位移驅(qū)動器直接把輸入電壓/電流轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的輸出位移, 而導(dǎo)軌則把此位移量傳遞到工作臺。</p><p><b&g

18、t;　　3、壓電陶瓷簡介</b></p><p>　　由于壓電陶瓷驅(qū)動器具有高剛度、高分辨率、無摩擦和磨損以及響應(yīng)速度快等優(yōu)點, 因而在納米級的微定位裝置中得到廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)采用壓電陶瓷微位移驅(qū)動器, 它是一種固體器件, 易與電源、位移傳感器、微機(jī)等實現(xiàn)閉環(huán)控制, 無需傳動機(jī)構(gòu), 具有位移精度高, 響應(yīng)速度快, 功耗低等特點, 被廣泛應(yīng)用于微動平臺的設(shè)計中。</p><p>　

19、　壓電效應(yīng)的概念最先來源于壓電晶體,當(dāng)此類電介質(zhì)晶體外加機(jī)械載荷時,晶體內(nèi)部的正負(fù)電荷中心發(fā)生相對位移而產(chǎn)生極化,導(dǎo)致晶體兩端出現(xiàn)符號相反的束縛電荷。反之，如將具有壓電效應(yīng)的電介質(zhì)晶體置于電場中,由于電場的作用而引起電介質(zhì)晶體內(nèi)部正負(fù)電荷中心產(chǎn)生相對位移,致使壓電晶體發(fā)生形變,晶體的這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。</p><p>　　在工程技術(shù)中應(yīng)用較普遍的是由壓電陶瓷材料制作而成的壓電元件。通常選用壓電常數(shù)較大的層疊

20、式壓電元件獲取微變形,它的線性比較優(yōu)良,且具有體積小、剛度大、形變相對較大、位移分辨率高和響應(yīng)迅速的特點。</p><p><b>　　4、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　柔性鉸鏈?zhǔn)且环N彈性元件, 具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、無摩擦、無噪聲、不需要潤滑等特點。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上, 把它作為導(dǎo)向、定位和傳動等元件。筆者設(shè)計的柔性鉸鏈擴(kuò)展、配置靈活, 通過對一維柔性鉸鏈的

21、簡單幾何疊加, 可以方便組成二維或多維柔性鉸鏈。柔性鉸鏈分為單軸柔性鉸鏈和雙軸柔性鉸鏈兩大類。在微位移機(jī)構(gòu)中廣泛用于制作微動工作臺的柔性導(dǎo)軌、支承等。用柔性鉸鏈制作的微位移機(jī)構(gòu),具有很高的位移分辯1 nm、定位精度±0. 05μm和重復(fù)精度,工作穩(wěn)定、無機(jī)械摩擦、無間隙、無爬行和體積小等特點;柔性鉸鏈支承微動機(jī)構(gòu)是近年來發(fā)展起來的一種新型的微位移機(jī)構(gòu),是一種很有應(yīng)用前景的微位移器件。系統(tǒng)采用柔性鉸鏈為導(dǎo)軌形式, 傳遞微位移驅(qū)動

22、器輸出的位移, 它具有體積小、無機(jī)械摩擦、導(dǎo)向精度高、加工精度易于保證、不需要裝配等特點。</p><p>　　陳時錦, 楊元華, 孫西芝, 程凱[1] 研究了針對于一種常用的以雙柔性平行四連桿機(jī)構(gòu)作導(dǎo)向的二維微位移工作臺, 分析并推導(dǎo)出了工作臺結(jié)構(gòu)參數(shù)對各性能的影響公式, 并用有限元分析的方法驗證了這些公式的正確性。之后建立了約束優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型, 以具體實例介紹了用有限元分析的方法進(jìn)行優(yōu)化求解, 得出最優(yōu)設(shè)

23、計參數(shù)的過程。</p><p>　　黃金永, 魏燕定, 張煒[3] 研究了空間微動平臺的柔性鉸鏈參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。結(jié)合空間微動平臺的特點: 輕量化、小尺寸、盡可能高的一階共振頻率, 以及滿足平臺工作行程、驅(qū)動器推力大小、和材料許用應(yīng)力等要求, 通過對柔性鉸鏈公式的詳細(xì)分析, 給出了這類微動平臺的設(shè)計流程和實例演示, 同時也有助于我們理解柔性鉸鏈各參數(shù)間的作用和相互關(guān)系。</p><p>　　張

24、建雄, 孫寶元[5] 研究了基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的二維微動工作臺，介紹了基于壓電陶瓷驅(qū)動器( PZT) 驅(qū)動的二維微動工作臺。該微動臺采用雙柔性平行四連桿結(jié)構(gòu),運用參數(shù)化的分析方法求得鉸鏈各尺寸對微動臺固有頻率、應(yīng)力以及剛度的影響, 將理論分析、有限元計算和試驗測試的結(jié)果相結(jié)合, 提出了一種微動臺的設(shè)計方法。</p><p>　　田延嶺，張大衛(wèi)，閆兵[6] 研究了二自由度微定位平臺，研制了一臺壓電陶瓷驅(qū)動和彈性鉸鏈導(dǎo)

25、向的一體化微定位平臺, 該微定位平臺具有高剛度、高響應(yīng)速度和高分辨率等優(yōu)點。為了克服壓電陶瓷驅(qū)動器伸長量較小的不足, 采用杠桿放大機(jī)構(gòu)增加微定位平臺的位移輸出?？紤]驅(qū)動電路的影響, 建立了微定位平臺的機(jī)電耦合模型。通過試驗研究了微定位平臺的靜動態(tài)特性, 試驗結(jié)果表明微定位平臺的分辨率為5 nm, 固有頻率分別為143 H z 和180 H z。該微定位平臺可應(yīng)用于納米級的微定位。</p><p>　　高鵬，袁哲俊

26、，姚英學(xué)[8] 研究了基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的新型雙向微動工作臺。圖1為所研制工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖, 各連接處都為柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)。該工作臺內(nèi)外層都是四支點支承的對稱結(jié)構(gòu), 內(nèi)層(x向) 工作臺剛性嵌套在外層(y向) 工作臺內(nèi), 分別采用二個壓電陶瓷驅(qū)動, 實現(xiàn)二維運動。該工作臺有兩級放大機(jī)構(gòu)。由于采用二級杠桿放大結(jié)構(gòu), 所以該雙向微動工作臺滿足各類寬范圍掃描高精度定位場合的要求。</p><p>　　圖1　工作臺結(jié)構(gòu)示意圖

27、</p><p>　　微位移技術(shù)是精密機(jī)械和儀器實現(xiàn)高精度的關(guān)鍵技術(shù)之一。微位移技術(shù)由微位移機(jī)構(gòu)、檢測裝置和控制系統(tǒng)三部分組成,它的行程小、靈敏度和精度高,主要用于提高運動的靈敏度和精度。近年來得到迅速發(fā)展, 成為現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)。目前,主要應(yīng)用在精度補償、微進(jìn)給及精密調(diào)整三方面。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>

28、;　　陳時錦, 楊元華, 孫西芝, 程凱. 基于柔性鉸鏈的微位移工作臺性能分析與優(yōu)化設(shè)計[J]. 機(jī)械設(shè)計, 2004, 21(7): 46-49</p><p>　　關(guān)耀奇, 陳蓉玲. 柔性鉸鏈在精密和超精密加工中的應(yīng)用與研究[J]. 機(jī)械設(shè)計, 2003, 20(3): 46-47</p><p>　　黃金永, 魏燕定, 張煒. 空間微動平臺的柔性鉸鏈參數(shù)優(yōu)化設(shè)計[J]. 機(jī)電工程,

29、2006, 23(1): 55-57</p><p>　　紀(jì)?；? 錢進(jìn). 基于柔性鉸鏈的精密定位平臺的設(shè)計[J]. 機(jī)床與液壓, 2007, 35(11): 62-64</p><p>　　張建雄, 孫寶元. 基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的二維微動工作臺的設(shè)計分析[J]. 壓電與聲光, 2006, 28(5): 624-626</p><p>　　田延嶺, 張大衛(wèi), 閆兵

30、. 二自由度微定位平臺的研制[J]. 光學(xué)精密工程, 2006, 14(1): 94-99</p><p>　　劉品寬, 孫立寧, 曲東升, 榮偉彬. 新型二維納米級微動工作臺的動力學(xué)分析[J]. 光學(xué)精密工程, 2002, 10(2): 143-147</p><p>　　高鵬, 袁哲俊, 姚英學(xué). 基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的新型雙向微動工作臺的研究[J]. 儀器儀表學(xué)報, 1998, 19(

31、2): 192-193 </p><p>　　Kee-Bong Choi, Jae Jong Lee, Seiichi Hata. A piezo-driven compliant stage with double mechanical amplification mechanisms arranged in parallel[J]. Physical, 2010:173-183</p><

32、;p>　　Chi-Ying Lin, Po-Ying Chen. Precision tracking control of a biaxial piezo stage using repetitive control and double-feedforward compensation[J]. Mechatronics, 2010：24-32</p><p>　　Hua Wang, Xianmin Zh

33、ang. Input coupling analysis and optimal design of a 3-DOF compliant micro-positioning stage[J]. Mechanism and Machine Theory, 2008:400-410</p><p>　　S.B. Choi, S.S. Han, Y.M. Han, B.S. Thompson. A magnifica

34、tion device for precision mechanisms featuring piezoactuators and flexure hinges: Design and experimental validation[J], Mechanism and Machine Theory, 2007:1184-1198</p><p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p&

35、gt;<p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　圓弧形柔性鉸鏈?zhǔn)蕉S并聯(lián)壓電微動平臺的設(shè)計</p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　摘要：微動平臺，或稱為微位移機(jī)構(gòu)，是指行程小、靈敏度和精度高的機(jī)構(gòu), 它是微動系統(tǒng)的核心。本文設(shè)計了一種圓弧形柔性鉸鏈?zhǔn)降亩S微動工

36、作臺。平臺由壓電陶瓷執(zhí)行器驅(qū)動的、在X和Y方向上的行程各為40微米。該微動平臺采用柔性鉸鏈支撐的并聯(lián)式設(shè)計結(jié)構(gòu)，與串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式相比，該結(jié)構(gòu)更簡單緊湊，具有更寬的有效工作平面，其x方向和y方向完全對稱，所以這兩個方向的參數(shù)完全相同，便于參數(shù)識別與工作臺的控制；該平臺以雙平行四桿機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，由6個柔性鉸鏈臂和12個柔性鉸鏈組成，與單平行的四桿機(jī)構(gòu)相比，由于該結(jié)構(gòu)的連桿沿桿長方向伸長而不產(chǎn)生寄生運動，x和y方向也不會相互耦合。設(shè)計中確定了圓弧

37、形柔性鉸鏈與微動平臺的幾何尺寸，根據(jù)所確定的圓弧形柔性鉸鏈與微動平臺的幾何尺寸以及所給定的微動平臺的位移行程，計算出圓弧形柔性鉸鏈的最大應(yīng)力，并校核微動平臺的強度；計算了微動平臺的彈性恢復(fù)力、剛度，根據(jù)微動平臺的彈性恢復(fù)力與剛度，確定壓電陶瓷執(zhí)行器的參數(shù)：最大輸出位移、最大驅(qū)動力、剛度。最后基于Pro/E、AutoCAD繪制了微動平臺的三維造型圖、裝配圖與零件圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：微動工作臺；并聯(lián)結(jié)構(gòu)

38、；柔性鉸鏈；壓電驅(qū)動器</p><p>　　Abstrac: Micro positional stage, is a small stroke, high precision, and organization structure, it is the core of the Micro System. Designed a flexible arc-shaped two-dimensional micro-h

39、inged stage. The platform driven by piezoelectric ceramic actuators, and the displacement is 40 microns in both X and Y direction. The micro-platform is designed of parallel structure that supported by flexible hinge, wh

40、ich is more simpler and compacter structure than the series, and have a series of wider than t</p><p>　　Key words: micro stage; parallel structure; flexible hinge; piezoelectric actuator</p><p>

41、<b>　　.</b></p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘　要8</b></p><p><b>　　目　錄10</b></p><p><b>　　1 緒論11</b></p>

42、;<p>　　1.1 微動平臺的研究意義11</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12</p><p>　　1.3 本設(shè)計的任務(wù)14</p><p>　　2 平臺結(jié)構(gòu)的初設(shè)計14</p><p>　　2.1 運動原理圖14</p><p>　　2.2 微動平臺的鉸鏈形式15</p&

43、gt;<p>　　2.3 驅(qū)動器的選擇15</p><p>　　2.4 微動平臺結(jié)構(gòu)的初設(shè)計16</p><p><b>　　3 設(shè)計計算17</b></p><p>　　3.1 平臺材料的選擇17</p><p>　　3.2 幾何尺寸的初步確定17</p><p>　　3

44、.2.1 平臺的幾何尺寸初步確定17</p><p>　　3.2.2 鉸鏈的幾何尺寸初步確定17</p><p>　　3.3 鉸鏈的應(yīng)力計算與強度校核17</p><p>　　3.3.1 設(shè)計滿足性能17</p><p>　　3.3.2 鉸鏈的強度校核17</p><p>　　3.3.3 鉸鏈的靜剛度計算錯

45、誤!未定義書簽。</p><p>　　3.4 平臺的彈性恢復(fù)力計算20</p><p>　　3.5 壓電陶瓷驅(qū)動器的選取21</p><p>　　4 微動平臺結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計21</p><p>　　4.1 平臺載物面的設(shè)計21</p><p>　　4.2 壓電塊的預(yù)緊22</p><p&g

46、t;　　4.3 電極線的引出23</p><p>　　4.4 平臺的封閉23</p><p>　　5 結(jié)論與展望25</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)26</b></p><p><b>　　附錄27</b></p><p><b>　　緒論</

47、b></p><p><b>　　微動平臺的研究意義</b></p><p>　　微動平臺主要由微位移驅(qū)動器、導(dǎo)軌和輸出平臺等組成，是微動系統(tǒng)的核心。微動平臺具有行程小、精度和靈敏度高的特點。微位移驅(qū)動器把相應(yīng)的電能轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的位移量, 通過導(dǎo)軌把位移量傳遞到工作臺，若使用柔性鉸鏈，則通過柔性鉸鏈把相應(yīng)的位移量傳遞到工作臺。</p><p&g

48、t;　　微位移技術(shù)是精密設(shè)備中的主要技術(shù)之一，隨著各行業(yè)的精度要求不斷的提升，比如宇航、電子等行業(yè)，微位移技術(shù)也不斷的發(fā)展起來了。例如用金剛石車刀直接車削大型天文望遠(yuǎn)鏡的拋物面反射鏡時，要求加工出幾何精度高于1/10光波波長的表面，即幾何形狀誤差小于0.05μｍ。計算機(jī)外圍設(shè)備中大容量磁鼓和磁盤的制造，為保證磁頭與磁盤在工作過程中維持１μｍ內(nèi)的浮動氣隙，就必須嚴(yán)格控制磁盤或磁鼓在高速回轉(zhuǎn)下的跳動。特別是到20世紀(jì)70年代后期，微電子技術(shù)

49、向大規(guī)模集成電路（LSI）和超大規(guī)模集成電路（VLSI）方向發(fā)展，隨著集成度的提高，線條越來越微細(xì)化。256Ｋ動態(tài)RAM線寬已縮小到1.25μｍ左右，目前已小于0.1μｍ，對與之相應(yīng)的工藝設(shè)備（如圖形發(fā)生器、分步重復(fù)照相機(jī)、光刻機(jī)、電子束和Ｘ射線曝光機(jī)及其檢測設(shè)備等）提出了更高的要求，要求這些設(shè)備的定位精度為線寬的1/3～1/5，即亞微米甚至納米級的精度。</p><p>　　微位移技術(shù)在精密設(shè)備中主要用于提高精

50、度，隨著宇航、電子等行業(yè)的精度要求不斷的提升，對精度的要求也是越來越高，微位移技術(shù)應(yīng)用也是更加的廣泛，大致可分為四個方面：</p><p>　　1)．粗精工作臺精度補償</p><p>　　高精度精密儀器的核心是精密工作臺，工作臺的精度是否達(dá)到要求直接影響精密儀器的精度，當(dāng)前工作臺主要朝著高精度和高速度的發(fā)展方向，現(xiàn)在精工作臺的速度，一般在20mm/s～100mm/s，但對于精度的要求在0

51、.1 μm以下，由于慣性的作用，一般高速度往往會使平臺的精度降低，為解決這個問題，通常采用一個粗精度工作臺和一個高精度工作臺來實現(xiàn)，如圖1-1(a)所示，粗精度工作臺來完成高速度大行程的工作，而高精度工作臺來對粗精度工作臺運動中帶來的誤差進(jìn)行精度補償，以此來達(dá)到預(yù)定的精度。</p><p>　　2)．精密機(jī)械加工中的微進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及精密儀器中的對準(zhǔn)微動機(jī)構(gòu)主要由微進(jìn)給實現(xiàn)，如圖1-1(b)所示金剛石車刀車削鏡面磁盤

52、，車刀的進(jìn)給量為5μｍ，就是利用微位移機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的。</p><p>　　3)．微調(diào)精密儀器中的微調(diào)是經(jīng)常遇到的問題，如圖1-1(c)所示，左圖表示磁頭與磁盤之間的浮動間隙的調(diào)整，右圖為照相物鏡與被照乾版之間焦距的調(diào)整。</p><p>　　4)．微執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要用于生物工程、醫(yī)療、微型機(jī)電系統(tǒng)、微型機(jī)器人等，用于夾持微小物體。如圖1-1(d)所示，微型器件裝配系統(tǒng)的微夾持器。</p&g

53、t;<p>　　圖1-1 微位移技術(shù)應(yīng)用</p><p>　　補償；(b)微進(jìn)給；(c)微調(diào)；(d)微執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　　精密機(jī)械設(shè)備和儀器實現(xiàn)高精度的關(guān)鍵技術(shù)之一是微位移技術(shù)。微位移技術(shù)的組成由微位移機(jī)構(gòu)、檢測裝置和控制系統(tǒng)三部分，它的行程比較小，其靈敏度和精度比較高,用于提高運動時的精度和靈敏度。微位移技術(shù)在近幾年發(fā)展很快，已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的主要技術(shù)之一。

54、在精度補償?shù)确矫娑嫉玫搅藦V泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　基于柔性鉸鏈微動平臺在設(shè)計中被廣泛運用。柔性鉸鏈?zhǔn)且环N彈性元件， 具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、無摩擦、無噪聲、不需要潤滑等特點。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上， 把它作為導(dǎo)向、定位和傳動等元件。柔性鉸鏈擴(kuò)展、配置靈活, 通過對一維柔性鉸鏈的簡單幾何疊加， 可以方便組成二維或多維柔性鉸

55、鏈。微動工作臺的柔性導(dǎo)軌、支承也常常采用的柔性鉸鏈的形式。采用柔性鉸鏈形式的微位移機(jī)構(gòu)，具有工作比較穩(wěn)定、摩擦小、間隙小、體積小和無爬行現(xiàn)象等特點；采用柔性鉸鏈的形式是近幾年發(fā)展起來的一種比較新型的微位移機(jī)構(gòu)，是一種比較具有應(yīng)用前景的微位移形式。系統(tǒng)采用柔性鉸鏈為導(dǎo)軌形式，傳遞微位移驅(qū)動器輸出的位移，它具有體積小、無機(jī)械摩擦、導(dǎo)向精度高、加工精度易于保證、不需要裝配等特點。</p><p>　　陳時錦，楊元華，孫

56、西芝，程凱[1] 研究了針對于一種常用的以雙柔性平行四連桿機(jī)構(gòu)作導(dǎo)向的二維微位移工作臺，如圖1-2所示，分析并推導(dǎo)出了工作臺結(jié)構(gòu)參數(shù)對各性能的影響公式，并用有限元分析的方法驗證了這些公式的正確性。之后建立了約束優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型, 以具體實例介紹了用有限元分析的方法進(jìn)行優(yōu)化求解，得出最優(yōu)設(shè)計參數(shù)的過程。</p><p>　　圖1-2 工作臺簡圖</p><p>　　黃金永，魏燕定，張煒[3

57、] 研究了空間微動平臺的柔性鉸鏈參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。結(jié)合空間微動平臺輕量化、尺寸小、一階共振頻率盡可能高的特點，以及滿足工作臺工作行程、位移驅(qū)動器推力、和材料的許用應(yīng)力等要求，并通過對柔性鉸鏈公式的詳細(xì)計算分析，闡述了這種工作臺的設(shè)計過程，而且給出了這種工作臺得實例分析，同時使我們對柔性鉸鏈的參數(shù)有了一定的理解。</p><p>　　張建雄，孫寶元[5] 研究了基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的二維微動工作臺，介紹了采用壓電陶瓷執(zhí)行器

58、驅(qū)動的X、Y微動工作臺。如圖1-3所示。該微動平臺以雙柔性平行四連桿結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，采用參數(shù)化的分析方法分析微動平臺的固有頻率、應(yīng)力以及剛度與鉸鏈各尺寸的關(guān)系，最后通過綜合分析，提出了一種微動臺的設(shè)計方法。</p><p>　　圖1-3 二維微動工作臺</p><p>　　田延嶺，張大衛(wèi)，閆兵[6] 研究了二自由度微定位平臺，研制了一臺壓電陶瓷驅(qū)動和彈性鉸鏈導(dǎo)向的一體化微定位平臺，該微動工作

59、臺的優(yōu)點是具有高響應(yīng)速度、高剛度和高分辨率。為了解決壓電陶瓷執(zhí)行器伸長量不足的問題，采用杠桿放大機(jī)構(gòu)的形式來增加微動工作臺的輸出位移?？紤]到驅(qū)動電路可能會有影響，建立了微動工作臺的機(jī)電耦合模型。通過試驗研究了微定位平臺的靜動態(tài)特性, 試驗結(jié)果表明微定位平臺的分辨率為5 nm, 固有頻率分別為143 Hz 和180 Hz。</p><p>　　高　鵬，袁哲俊，姚英學(xué)[8] 研究了基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的新型雙向微動工作臺

60、。圖1-4為所研制工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖，各連接處都為柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)。該工作臺內(nèi)外層都是四支點支承的對稱結(jié)構(gòu)，內(nèi)層(x向) 工作臺剛性嵌套在外層(y向) 工作臺內(nèi)，分別采用二個壓電陶瓷驅(qū)動，實現(xiàn)二維運動。該工作臺有兩級放大機(jī)構(gòu)。由于采用二級杠桿放大結(jié)構(gòu)，所以該雙向微動工作臺滿足各類寬范圍掃描高精度定位場合的要求。</p><p>　　圖1-4　工作臺結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　美國國家標(biāo)準(zhǔn)局

61、設(shè)計了一體化的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，以聯(lián)接X射線干涉儀和光學(xué)干涉儀。它采用的是3級杠桿，從驅(qū)動到平臺臺面的位移比達(dá)1000，所以位移驅(qū)動元件的要求大大降低了，但這種形式的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜。為了使射線干涉儀的測量范圍變大，德國設(shè)計了的鉸鏈傳動機(jī)構(gòu)，見圖1-5，該結(jié)構(gòu)左右對稱，消除了垂直方向上對主運動的干涉運動，測量范圍達(dá)到了200多微米。以柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)傳動來實現(xiàn)微小位移還可以對激光干涉測量和電容測量進(jìn)行互相標(biāo)定。國際度量衡局研制的柔性鉸鏈懸掛

62、式等臂杠桿天平在空氣中和真空中的分辨率分別可達(dá)10-10和10-11以上。等臂式杠桿天平其分辨率可達(dá)10-5以上。</p><p>　　圖1-5 對稱結(jié)構(gòu)的柔性鉸鏈傳動機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　本設(shè)計的任務(wù)</b></p><p>　　基于圓弧形柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)，設(shè)計由壓電陶瓷執(zhí)行驅(qū)動的、在X和Y方向上位移行程各位40微米的二維并聯(lián)微動平

63、臺。通過該設(shè)計，使了解壓電微動平臺的應(yīng)用領(lǐng)域，掌握柔性鉸鏈?zhǔn)綁弘娢悠脚_的設(shè)計過程，進(jìn)而掌握零、部件的一般設(shè)計過程。</p><p>　　先確定圓弧形柔性鉸鏈與微動平臺的幾何尺寸，根據(jù)所確定的圓弧形柔性鉸鏈與微動平臺的幾何尺寸以及所給定的微動平臺的位移行程，計算出圓弧形柔性鉸鏈的最大應(yīng)力，并校核微動平臺的強度；計算出微動平臺的彈性恢復(fù)力、剛度，根據(jù)微動平臺的彈性恢復(fù)力與剛度，確定壓電陶瓷執(zhí)行器的參數(shù)：最大輸出位移

64、、最大驅(qū)動力、剛度。最后基于Pro/E、AutoCAD繪制了微動平臺的三維造型圖、裝配圖與零件圖。</p><p><b>　　平臺結(jié)構(gòu)的初設(shè)計</b></p><p><b>　　運動原理圖</b></p><p>　　大多數(shù)二維微動工作臺采用串聯(lián)式的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)形式相當(dāng)于在一維工作平臺的內(nèi)部又線切割出相互垂直的另

65、一維平臺。雖然這種形式結(jié)構(gòu)緊湊，但外部平臺的運動會影響內(nèi)部平臺的定位。另外其外部平臺的驅(qū)動力要大于內(nèi)部平臺驅(qū)動力，柔性鉸鏈的工作情況復(fù)雜，不利于對稱性的發(fā)揮及其定位控制。綜合考慮二維柔性機(jī)構(gòu)的三種結(jié)構(gòu)形式疊加式、串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)缺點，采用并聯(lián)式的結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)兩維方向?qū)ΨQ，具有比串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的更寬的有效工作平面，且更簡單緊湊;由于x方向和y方向完全對稱，因此這兩個方向的參數(shù)也完全相同，便于參數(shù)識別與工作臺控制。在工作臺的一維方向上，

66、其結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-1所示。該結(jié)構(gòu)由6個柔性鉸鏈臂和12個柔性鉸鏈組成,與單平行的四桿機(jī)構(gòu)相比，由于該結(jié)構(gòu)的連桿沿桿長方向伸長而不產(chǎn)生寄生運動， x和y方向也不會相互耦合。</p><p><b>　　圖2-1結(jié)構(gòu)原理圖</b></p><p><b>　　微動平臺的鉸鏈形式</b></p><p>　　超精密檢測、微操作

67、系統(tǒng)等要求具有納米級定位分辨率的技術(shù)領(lǐng)域中通常采用柔性鉸鏈為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的超高精度微動工作臺，這種形式的工作臺已經(jīng)被廣泛的采用。隨著納米技術(shù)研究的不斷發(fā)展, 研究開發(fā)的熱點和難點主要在高頻響、高分辨率和寬行程的微動工作臺上。隨著科技的不斷發(fā)展，各類精密、超精密設(shè)備和儀器被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)實生活和科學(xué)研究中，比如圖形發(fā)生器、分步重復(fù)照相機(jī)、電子束和X射線及其檢測設(shè)備等。與此同時，相配套的各類精密、超精密微動工作臺也被設(shè)計出來。</p>

68、;<p>　　柔性鉸鏈一般有兩種類型，即圓弧型柔性鉸鏈和矩形柔性鉸鏈，如圖2-2。與矩形柔性鉸鏈相比，圓弧型柔性鉸鏈的運動精度相對比較高，但運動的行程受到比較大的限制，能實現(xiàn)轉(zhuǎn)動幅度比較小。矩形柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動幅度比較大，但是矩形鉸鏈的運動精度比較差，并且在轉(zhuǎn)動過程中它的轉(zhuǎn)動中心有明顯的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。</p><p>　　圖2-2 矩形柔性鉸鏈和圓弧型柔性鉸鏈。</p><p>　　

69、本設(shè)計中采用的是圓弧形的柔性鉸鏈形式，圓弧形柔性鉸鏈具有使微位移工作臺具有無機(jī)械爬行現(xiàn)象的優(yōu)點。</p><p><b>　　驅(qū)動器的選擇</b></p><p>　　壓電、電致伸縮器件是近年來發(fā)展起來的新型微位移器件。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、分辨率高、控制簡單等優(yōu)點，同時它沒有發(fā)熱問題，隨意對精密微動工作臺沒有因為熱量而引起誤差。壓電陶瓷驅(qū)動在納米級的微定位裝置中得

70、到廣泛應(yīng)用的原因是因為其具有剛度高、分辨率高、摩擦小和磨損小以及響應(yīng)速度快等優(yōu)點。微動平臺采用壓電陶瓷微位移執(zhí)行器，因為它無需傳動機(jī)構(gòu)，具有較高的位移精度、較快響應(yīng)速度和功耗低等特點，并且它是一種固體器件，易實現(xiàn)閉環(huán)控制，所以被廣泛的應(yīng)用于微動平臺的設(shè)計中。采用壓電陶瓷執(zhí)行器制成的微動工作臺，容易實現(xiàn)超精密定位，精度可以達(dá)到0.01微米，是理想的微位移執(zhí)行器，在精密機(jī)械中也是得到了廣泛的運用。所以在本設(shè)計中選用的驅(qū)動器是壓電陶瓷驅(qū)動器。

71、</p><p>　　微動平臺結(jié)構(gòu)的初設(shè)計</p><p>　　微動工作臺對宏動工作臺進(jìn)行定位誤差補償，使其最終定位精度達(dá)到納米精度。這里所設(shè)計的微動工作臺是采用柔性鉸鏈支撐，并選用壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動，其整體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 平臺整體結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　設(shè)計計算</b>

72、;</p><p><b>　　平臺材料的選擇</b></p><p>　　平臺的用材廣泛，如用低碳結(jié)構(gòu)鋼（如Q195、Q215、Q235），再用油漆防銹和裝飾，可達(dá)到較好的效果；用鉻不銹鋼、鉻鎳奧氏體不銹鋼（如1Cr13、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti）則更華麗，且耐蝕性好；鋁（工業(yè)純鋁L5及防銹鋁LF5、LF11、LF21等）、鋁合金、黃銅（H62、H68

73、等）等材料亦是很好的材料。</p><p>　　綜合考慮材料的性能和經(jīng)濟(jì)各方面，這里最終選取材料為鋁合金，鋁合金的彈性模量E為73 GPa，密度為2700，該材料密度較小,減輕了工作臺的負(fù)載。屈服強度≥274 MPa，材料的許用應(yīng)力為[σ]==137 MPa。</p><p><b>　　幾何尺寸的初步確定</b></p><p>　　平臺的幾

74、何尺寸初步確定</p><p>　　整個工作臺的幾何尺寸為：</p><p>　　鉸鏈的幾何尺寸初步確定</p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu),首先選取鉸鏈寬度b=30mm，鉸鏈臂L=14mm，選取t=2mm, R=3mm。</p><p>　　鉸鏈的應(yīng)力計算與強度校核</p><p><b>　　設(shè)計滿足性能<

75、;/b></p><p>　　設(shè)計微位移工作臺的結(jié)構(gòu)參數(shù)，應(yīng)使工作臺能滿足以下性能要求：</p><p>　　( 1) 具有足夠的工作行程;</p><p>　　( 2) 柔性鉸鏈內(nèi)部應(yīng)力要小于材料的許用應(yīng)力;</p><p>　　( 3) 壓電陶瓷產(chǎn)生最大位移輸出時, 工作臺的彈性恢復(fù)力應(yīng)小于壓電陶瓷的最大驅(qū)動力;</p>

76、<p>　　( 4) 微位移工作臺的固有頻率應(yīng)盡可能大, 使其具有良好的動態(tài)特性和抗干擾能力。</p><p><b>　　鉸鏈的強度校核</b></p><p>　　柔性鉸鏈，如圖3-1所示，它的截面是矩形形狀的，鉸鏈?zhǔn)怯蓛蓚€對稱的圓柱面切割而成，兩個圓柱面與端面垂直。對這種類型的柔性鉸鏈進(jìn)行分析，如圖3-1所示是對柔性鉸鏈各參數(shù)的定義。圖3-1表明了

77、柔性鉸鏈的幾何結(jié)構(gòu)、變形和受力情況。寬度b、厚度t、切割半徑R和圓心角為柔性鉸鏈的幾何尺寸。在本設(shè)計中柔性鉸鏈的受力和力矩主要為Fy、 Fz、My和Mz，其它可忽略不計。假設(shè)該圓弧形柔性鉸鏈的右端面為相對固定端，則柔性鉸鏈左端的變形主要為和。 </p><p>　　圖3-1 柔性鉸鏈定義</p><p>　　這里

78、z軸是柔性鉸鏈的輸入軸，柔性鉸鏈沿z軸產(chǎn)生的角變形是柔性鉸鏈最重要的參數(shù)。</p><p>　　在力矩作用下，產(chǎn)生角變形，其柔度的表達(dá)式如下：</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　其中式(3-1)中的為中間變量，其表達(dá)為：</p><p><b>　　(3-2)</b>

79、;</p><p><b>　　其中，s=R/t。</b></p><p>　　在力作用下，產(chǎn)生角變形，其柔度的表達(dá)式如下：</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　在力矩作用下，產(chǎn)生線性變形，其柔度的表達(dá)式如下：</p><p><b>

80、;　　(3-4)</b></p><p>　　其中式(3-4)中的為中間變量，其表達(dá)為：</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　在力作用下，產(chǎn)生線性變形，其柔度表達(dá)式如下：</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p&g

81、t;　　其中式(3-6)中的為中間變量，其可表達(dá)為：</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　在力作用下，產(chǎn)生線性變形，其柔度表達(dá)式如下：</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　根據(jù)以上對鉸鏈的分析可知道單軸直圓柔性鉸鏈的轉(zhuǎn)角剛度公式為:&l

82、t;/p><p><b>　　(3-9)</b></p><p><b>　　其中。</b></p><p>　　由公式(3-9)可知,柔性鉸鏈的轉(zhuǎn)角剛度k與材料彈性模量E、鉸鏈寬度b、鉸鏈的圓弧半徑R以及鉸鏈的厚度t有關(guān)。</p><p>　　如圖2-1所示,當(dāng)柔性鉸鏈平臺在力的作用下平移距離Δ時,彈

83、性恢復(fù)力Ft在運動過程中所做的功為:</p><p>　　48個柔性鉸鏈儲存的彈性勢能為:</p><p>　　由能量守恒定律,彈性恢復(fù)力Ft在運動過程中所做的功A等于微動臺所有柔性鉸鏈儲存的彈性勢能A0。由A=A0可求得彈性恢復(fù)力:</p><p><b>　　(3-10) </b></p><p>　　該鉸鏈機(jī)構(gòu)的靜

84、剛度為:</p><p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　設(shè)計的二維微動平臺要求在X和Y方向上的位移行程各位40 μm。而微動工作臺要有一定的預(yù)緊力,微動臺會在預(yù)緊力的作用下產(chǎn)生一定位移，設(shè)該位移為5 μm。則預(yù)緊力產(chǎn)生的位移和工作臺有效行程總共為Δ=45 μm。由公式(3-9)可得柔性鉸鏈的轉(zhuǎn)角剛度為:</p><p>

85、<b>　　柔性鉸鏈轉(zhuǎn)角為:</b></p><p>　　柔性鉸鏈的最大應(yīng)力為:</p><p>　　柔性鉸鏈的最大應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力[σ]==137 MPa，故復(fù)合設(shè)計要求。</p><p>　　平臺的彈性恢復(fù)力計算</p><p><b>　　平臺的剛度為：</b></p>&

86、lt;p><b>　　平臺的強度為：</b></p><p>　　計算值遠(yuǎn)小于平臺材料的許用應(yīng)力[σ]==137 MPa，故滿足設(shè)計要求。</p><p>　　根據(jù)公式(3-10)可求得該機(jī)構(gòu)的彈性恢復(fù)力:</p><p>　　壓電陶瓷驅(qū)動器的選取</p><p>　　平臺在X、Y方向上的位移為40 μm，在預(yù)緊時

87、會產(chǎn)生5 μm左右的位移，故壓電陶瓷驅(qū)動器選用國產(chǎn)PTBS200系列，型號為PTBS200/10x10/50。</p><p>　　該驅(qū)動器的標(biāo)稱位移50 μm;最大推力1200 N，大于彈性恢復(fù)力138.5 N；剛度25 N/μm。該壓電驅(qū)動器配置相應(yīng)的壓電驅(qū)動電源可達(dá)到4 nm的位移分辨率，滿足設(shè)計要求。</p><p>　　平臺的剛度為3.46 N/μm，遠(yuǎn)小于壓電陶瓷驅(qū)動器的剛度2

88、5 N/μm，故設(shè)計的平臺剛度符合設(shè)計要求。</p><p>　　微動平臺結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計</p><p><b>　　平臺載物面的設(shè)計</b></p><p>　　因為平臺載物面在工作時有位移的移動，為了避免摩擦等因數(shù)對工作臺的精度產(chǎn)生影響，所以在工作臺上表面工作部分設(shè)計時應(yīng)高出一點，如圖4-1所示，因為平臺頂面還要加一個頂蓋用來仿塵和保護(hù)作用

89、，考慮到其厚度大約有3mm，故設(shè)計載物面時應(yīng)總體向上突出5mm。</p><p>　　圖4-1 平臺載物面頂面</p><p>　　而底面工作部分工作時為了避免摩擦等影響工作臺的工作和精度，設(shè)計時應(yīng)內(nèi)凹4mm，如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 平臺載物面底面 </p><p>

90、;<b>　　壓電塊的預(yù)緊</b></p><p>　　平臺在壓電陶瓷的驅(qū)動下產(chǎn)生精密運動，故在壓電陶瓷驅(qū)動器工作前必須要有預(yù)緊力，本設(shè)計中采用預(yù)緊螺釘?shù)男问?，并在平臺上開設(shè)了預(yù)緊孔，用來對壓電陶瓷驅(qū)動器的預(yù)緊。</p><p>　　壓電驅(qū)動器預(yù)緊孔的設(shè)計如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3 壓電驅(qū)動器預(yù)緊孔</p>

91、<p><b>　　電極線的引出</b></p><p>　　在平臺上若不開設(shè)引線孔，壓電陶瓷的引線就無法順利的引出，故在壓電塊放置位置開設(shè)了引線孔。</p><p>　　壓電陶瓷驅(qū)動器引線孔的設(shè)計如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 壓電陶瓷驅(qū)動器引線孔</p><p><b>　　平臺

92、的封閉</b></p><p>　　為了保證平臺的精度，需對平臺采取一定的保護(hù)措施，在本設(shè)計中在平臺的頂面和底面分別加了一個蓋，起到仿塵和保護(hù)的作用，提高平臺的使用壽命。在設(shè)計中頂蓋內(nèi)邊緣設(shè)計時離平臺的載物面應(yīng)留出大約1mm的間隙，這樣做可以避免頂蓋對平臺工作的影響，也起到了有效的保護(hù)。</p><p>　　平臺的封閉設(shè)計如圖4-5所示。</p><p>

93、;<b>　?。╝） 頂蓋</b></p><p><b>　　（b） 底蓋</b></p><p><b>　?。╟） 間隙</b></p><p>　　圖4-5 平臺的封閉</p><p>　　平臺的安裝與零件的固定</p><p>　　平臺的安

94、裝孔與平臺的加工零件的固定孔如圖4-6所示。</p><p>　　圖4-6 安裝孔與固定孔</p><p>　　詳細(xì)的結(jié)構(gòu)圖見附錄。</p><p><b>　　結(jié)論與展望</b></p><p>　　本設(shè)計完成了圓弧形柔性鉸鏈?zhǔn)降亩S微動工作臺的設(shè)計。該微動平臺的設(shè)計結(jié)構(gòu)采用柔性鉸鏈支撐的并聯(lián)式，該結(jié)構(gòu)與串聯(lián)式結(jié)構(gòu)

95、相比，結(jié)構(gòu)更簡單緊湊，具有比串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式更寬的有效工作平面，其x方向和y方向完全對稱，所以這兩個方向的參數(shù)完全相同，便于參數(shù)識別與工作臺的控制；該平臺以雙平行四桿機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，本設(shè)計在雙平行四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了改進(jìn)，使平臺的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，更加保證了平臺的精度。并確定了圓弧形柔性鉸鏈與微動平臺的幾何尺寸，根據(jù)所確定的圓弧形柔性鉸鏈與微動平臺的幾何尺寸以及所給定的微動平臺的位移行程，計算出了圓弧形柔性鉸鏈的最大應(yīng)力，并校核微動平臺的強度；

96、計算出了微動平臺的彈性恢復(fù)力、剛度，根據(jù)微動平臺的彈性恢復(fù)力與剛度，確定了壓電陶瓷執(zhí)行器的參數(shù)：最大輸出位移、最大驅(qū)動力、剛度。最后基于Pro/E、AutoCAD繪制了微動平臺的三維造型圖、裝配圖與零件圖。</p><p>　　大范圍、 高精度是納米科技對微動工作臺提出的新要求，然而大行程和高精度是微動技術(shù)中的一對矛盾。所以微動工作臺應(yīng)把如何解決這一對矛盾作為未來的研究方向。比如根據(jù)現(xiàn)已有的各種微動平臺，妥善的處

97、理好其中一些微動平臺的間的兼容性，并解決好機(jī)械的裝配誤差，粗精工作臺的結(jié)合運用等工作，粗動臺用以完成快速大范圍，微動工作臺實現(xiàn)高精度，也就是說通過微動工作臺對粗動工作臺由于運動所帶來的誤差進(jìn)行精度補償。也可以采用不同形式的結(jié)構(gòu)來消除結(jié)構(gòu)上的一些缺陷，比如產(chǎn)用并聯(lián)結(jié)構(gòu)可以有效的避免使x和y方向發(fā)生相互耦合的現(xiàn)象。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p&

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