基于ANSYS的二维微动平台的性能分析.pdf

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1、2013年5月机床与液压May2013第4l卷第9期MACHINETO0L&HYDRAULICSVol_4lNo．9DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．09．042基于ANSYS的二维微动平台的性能分析张艳君(广州机械科学研究院有限公司，广东广州510700)摘要：设计了一个具有杠杆放大机械的二维柔性铰链式微动平台，分析其结构非线性和变形非线性对系统特性的影响。采用有限元分析方法，对微动工作台进行了静力学、模态和动态响应分析，得到微定位工作台有效工作的谐振频率和振型以及阶跃响应，验证了所设计平台的静力学性能、工作带宽和动态超调均满足设计要求。关键词

2、：微动平台；有限元；动态特性；工作带宽中图分类号：TH702文献标识码：A文章编号：1001—3881(2013)9—154—3PerformanceAnalysisof2DJigglePlatformBasedonANSYSZHANGYanjun(GuangzhouMechanicalEngineeringResearchInstituteCo．，Ltd．，GuangzhouGuangdong510700，China)Abstract：A2Dflexiblehingestypejiggleplatformwithlevermagnifyingmechanismwasdesign

3、ed．Theinfluencesofstructuralnonlinearandformationnonlinearonthesystemcharacterswereanalyzed．AdoptingFEMmethod，staticsanalysis，modeanalysisanddynamicresponseanalysisweremadetothejiggleplatform．Theresonancefrequency，vibrationmodeandstepresponsewhenthejgleplatformworkedefectivelyweregotten．Thest

4、aticsperformance，workingbandanddynamicovershootingofthedesignedjiggleplatformcanmeetdesigningrequirements．Keywords：Jiggleplatform；FEM；Dynamiccharacter；Workingban随着纳米技术的兴起和迅猛发展，基于压电驱动跃响应，验证了设计平台能满足其静、动态特性的的纳米级微定位技术已成为微机电系统、扫描探测显要求。微镜、超精密加工、细胞操作等诸多前沿技术的基础1二维微动平台的结构设计支持技术。尤其是多自由度纳米级微定位工作台的应1．1平台

5、结构设计用越来越受到重视。纳米级微定位系统的传动副中的为了提高控制系统的定位精度，平台采用柔性铰柔性铰链是一种结构紧凑、体积小、无机械摩擦、无链结构结合放大机构的结构形式。柔性铰链是一种弹间隙的传动导向机构，具有高精度和高稳定性的特性元件，具有机构简单、质量轻、无摩擦、无噪声、点。以柔性铰链为导向机构的高精度微动工作台已被不需要润滑、运动灵敏度高、加工简单等特点，广泛广泛用于要求具有纳米级定位分辨率的技术领域内。应用于微动平台的设计中。放大机构通过柔性铰链采在基于压电陶瓷驱动的纳米级微定位系统中，压电陶用杠杆原理可以放大驱动器产生的位移，加大定位瓷驱动器的固有频率较高，一般为7—

6、8kHz，电路范围。处理的频率也较高，可以到1000kHz左右，则整个文中研究对象为一个二维杠杆放大的柔性铰链机微定位系统的动态特性主要取决于由柔性铰链组成的构，结构如图1所示。放大机构和由平行板柔性铰链组成的弹性导向机构的平台在100mill×100mm×5mm的弹簧钢板上线固有频率。对这一系统进行分析，对于满足系统频响切割加工而成。如图1所示，中间部分为工作的平要求，以及对闭环系统的硬件配置、控制方法的选台，四周与柔性铰链连接，柔性铰链宽度为lmill。择、系统调试等都有一定的指导作用。2lmm×6r／in方孔用来安装压电陶瓷驱动器。放大作者设计了一个两自由度微定位工作台，分

7、析其机构采用二级放大，其中一级理论放大比为3．3，二结构非线性和变形非线性。并采用有限元分析方法，级理论放大比为3．2，因为工作中，杠杆有变形，实对微动工作台进行了静力学、模态和动态响应分析，际放大比有减小。4个半径为3mill的圆孑L通过螺栓得到微定位工作台有效工作的谐振频率和振型以及阶与隔振台连接，隔离外界对平台的干扰。收稿日期：2012一o4—26作者简介：张艳君(1977一)，女，工学硕士，工程师、讲师，研究方向为机械电子工程。E—mail：zyjwzf@163．com。