基于有限元的亚微米级微进给装置性能分析与设计

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1、第1期机械设计与制造2009年1月MachineryDesign&Manufacture55文章编号：1001—3997(2009)01—0055—03基于有限元的亚微米级微进给装置性能分析与设计术王树林陈兴华张兵(江苏大学机械工程学院，镇江212013)(淮阴工学院江苏省数字化制造技术重点建设实验室，淮安223001)Performanceanalyseandmachinerydesignofsubmicro——actuatorbasedonfiniteelementanalysisWANGShu—lin．CHENXing—hua1,2ZHANGBin

2、g(CollegeofMechanicalEngineering，JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China)(DigitalManufacturingTechnologyLabofJiangsuProvince，HuaiyinInstituteofTechnology，Huai’nn223001，China)c巳J—_9^_Jjc—j—咒^，—J—j已—咒J巳ⅨJ^_JJeJ已—，呲·j巳0jJ—处e—盟、处—处b【摘要】介绍了一种新型的液压式微进给装置。在模型简化的基础上，给出进给装置结构设计公4式，利用有限元软件

3、ANSYS对结构变形进行分析，并在此基础上设计了微进给装置，对其特性进行了分f析。分析表明进给装置能够同时满足输出与输入是线性关系，刚度高等特点。I关键词：液压；微进给装置；有限元分析；线性度；高刚度》3【Abstract】Anewtypeofmicro—actuatorispresented．Onthebasisofsimplifiedmodel，des《formulasofmicro—actuatoragegt‘ven．ByusingthefiniteelementanalysissoftwareANSYS，deformationofthemicro

4、-actMat0rissimulated．the凡the，孔icro—actatoris0rkedo．TheMhh0shatthis，nicro一》iactuatorCanmeetrequirementwhichislinearity，high-stiffnessetc．simultaneously．《Keywords：Hydraulic；Micro-actuator；Finiteelementanalysis；Linearity；High-stifness》中图分类号：TG502．32。TB115文献标识码：A过程中一定的迟滞、非线性和蠕变等不良特性1

5、3}，设计出一套液压1引言驱动的弹性变形微进给装置，具有刚度高，线性度好，结构简单等微位移技术是精密机械与精密仪器的关键技术之一，随着电特点，可以解决这些问题。子技术、宇航、生物工程等学科的发展而迅速地发展起来。微位移技术的应用主要在精度补偿、微进给、微调j个方面_】1。目前常见2理论分析的微位移机构一般是利用弹性变形、直线电机、机械传动、电磁力2．1原理和智能材料(压电陶瓷、电致伸缩、磁致伸缩)等实现微位移口。由如图1所示，液压式微进给装置的工作原理简图。如果工件于各微位移装置的驱动形式的不同，因此性能也有很大的差异。1需要微量切削的量为△，可以通过油

6、1515向缸体的空腔4中注特别是针对于现在常用的压电陶瓷微位移装置的不足，如在使用入一定压力的液压油使端面薄壁变形，这样与端面相连的刀具2"-k来稿日期：2008—03—05-,k-基金项目：数宁化制造技术汀苏省高校重点建设实验室课题资助项目(HGDML一0505)，，l，，，，llmm．．-⋯⋯，m’m，m，ml⋯l⋯⋯⋯l⋯l，，mmm⋯，-，⋯mm⋯⋯⋯mmm．，，⋯，4_2应力计算结果分析成的，那么，根据形状改变比能理论，即第四强度理论，由于活塞如冈8、9所示，在最大爆破压力下，缸体与活塞非线性接触的相当应力最大值为364．7MPa(VonMis

7、es)必须小于屈服应力分析结果：活塞的最大主应力的最大值为258．9Mpa，发生在靠近370MPa，在没有考虑安全系数的情况下，强度满足要求，不会发缸壁与活塞接触中部；活塞的相当应力为364．7Mpa，发生在活塞生屈服破坏。左侧加强筋处依据强度理论[41，如果活塞不能正常T作是由于脆性破坏造成的，那么，根据最大拉应力理论，即第一强度理论，由于活塞受到的最大主应力为258．9MPa(VonMises)／]~于屈服极限应力370MPa，在没有考虑安全系数的情况下，强度满足要求，不会发生位于活塞中部的脆性破坏。参考文献1郭乙木，陶伟明，庄屈．线性卜j非线性有限

8、元及其应用．北京：机械工业出版社，20042雷晓燕．接触摩擦单元的理论及应用．岩