宏微运动平台热-结构耦合有限元分析及优化.pdf

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1、机械设计与制造第9期162MachineryDesign&Manufacture2014年9月宏微运动平台热一结构耦合有限元分析及优化刘升，隆志力，张洪，赵季平(1．广东工业大学，广东广州510006；2．哈尔滨工业大学深圳研究生院，广东深圳518055；3．东莞华中科技大学制造工程研究院，广东东莞523808)摘要：采用有限元热分析方法，构建宏微运动平台的热一结构耦合分析模型，对宏微运动平台的连接架及柔性铰链平台开展热特性分析。耦合场分析结果发现，相比无温度场栽荷条件，连接架及柔性铰链平台的变形量增大。对运动平台的关键

2、部件连接架进行尺寸优化，尺寸优化后的连接架最大变形量减少15．2％，总质量减少12．6％，最大应力减少20．3％。补充了传统的仅考虑结构载荷影响的方法，为运动平台的超精密定位和稳定运行提供更为全面的分析。关键词：宏微定位平台；热一结构耦合分析；尺寸优化；有限元分析中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1ool一3997(2015)09-0162-04FiniteElementAnalysisand0ptimizationforThermal—StructuraICoupledofMaoroandMicroDual-

3、DriveMotionPlatformLIUSheng，LONGZhi—li，ZHANGHong，ZHAOJi—ping(1．GuangdongUniversityofTechnology，GuangdongGuangzhou510006，China；2．HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool，GuangdongShenzhen518055，China；3．DG-HUSTManufacturingEngineeringInstitute，GuangdongDon

4、gguan523808，China)Abstract：Thethermalanalysisofmactoandmicromotionplatformconnectingflameandflexiblehingeplatform1l】∞investigatedusingfiniteelementthermalanalysis．Theheat-structurecouplinganalysismodelof，nr0andmicromotionplatformWaSestablishedandthedeformationofc

5、onnectingframeandflexiblehingeplatformwascaleulate&Fromthesimulationresuh，thedeformationofconnectingframeandflexiblehingeplatformturnsupcomparingwithnotemperaturefieldload．Thesizeofconnectingfrozeofmotionfram~W~25optim~edbusedonthermal-strueturalcoupledanalysis．B

6、yoptimization，thedeformationWO$reducedby15．2％andthemasswasreducedby126％，thestresswusreducedby20_3％．ThetraditionalmethodwascomplementedbythismethodandthernorecomprehensiveanalysisWasprovidedforprecisionpositioningandstableoperationofthemotionplatform．KeyWords：Macr

7、oMicro-PositioningPlatform；ThermalStructureCoupfingAnalysis；SizeOptimization；FiniteEle-mentAnalysis1引言位，但对控制系统有很高的要求脚；压电陶瓷驱动器因具有高分辨率而被广泛应用于超精密定位领域，而其自身的迟滞狰陛、蠕变特随着微电子制造、精密光学工程和超精密加工等领域的迅速性严重制约了超精密定位的实现；微传动机构柔性铰链具有无间发展，对运动平台的大行程和精密定位技术提出了很高的要求[tl。隙、无噪音、无需润滑、高分辨率等特点

8、被广泛应用于精密定位[41。宏微双驱动定位平台通过直线电机实现宏动的微米级定位，通过压电陶瓷驱动器实现微动的纳米级定位。宏动和微动的有效结合目前，国外在精密运动平台领域的研究依靠其高精密制造技和切换实现了大行程、高速、高加速度下的运动平台超精密定位。术上的优势领先很多水平。如PI的P～628K型x—Y压电平台，直线电