三维纳米级微动工作台的设计与分析.pdf

《三维纳米级微动工作台的设计与分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第14卷第6期光学精密工程Voi.14No.62006年12月OpticsandPrecisionEngineeringDec.2006文章编号1004-924X（2006）06-1017-08三维纳米级微动工作台的设计与分析马立，荣伟彬，孙立宁（哈尔滨工业大学机器人研究所，黑龙江哈尔滨150001）摘要：研究开发了一种新型精密三维微动工作台。采用呈等边三角形分布的三个压电陶瓷和环形平板铰链机构，保证了运动传递的连续性、无洄滞、无摩擦、高精度。建立了工作台的简化模型，并利用结构力学理论推导出工作台沿z方向平动刚度、绕x、y方向

2、转动刚度以及前三阶固有频率解析式。进行了微动工作台沿z方向平动刚度、绕x、y方向转动刚度以及固有频率试验测试，验证了解析方法和有限元方法进行三维工作台刚度及动力特性分析的正确性。有限元分析表明：当工作台的环形平板铰链半径较小而铰链厚度较大时，其刚度、频率及驱动力较高，其铰链根部应力集中也较严重。通过改变环形平板铰链的特征参数，可达到控制和优化工作台固有频率、输出位移、应力分布及驱动力响应的目的，并提出了一种优选微动工作台环形平板铰链参数的简易方法。关键词：环形平板铰链；纳米定位；有限元分析；刚度；固有频率中图分类号：TP242

3、文献标识码：ADesignandanalysisofanovel3-DOFnanopositioningstageMALi，RONGWei-bin，SUNLi-ning（RoboticsInstitute，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China）Abstract：Anoveithree-degree-of-freedom（3-DOF）nanopositioningstagewasdeveioped.Thestageutiiizesthreepiezoeiectricactu

4、ators（PZTs）arrangedinaneguiiateraitriangieshapeandringpiatehingestoreaiizenanopositioningforassuringsmoothnessofmovement，negiigibiefriction，negiigibiebacliashandhighpreci-sion.Thesimpiifiedmodeiingofthenanopositioningstagewasdiscussed.Thetransiationaistiffnessaiongz

5、di-rectionandrotationaistiffnessaiongxandydirection，andthreenaturaifreguenciesofthenanopositioningstagearededucedintermsofthetheoryofstructuraimechanics.Theoreticaianaiysisandfiniteeiementanaiy-sisonstaticanddynamicbehaviorofthenanopositioningstageareperformed.Theco

6、mparativeresuitsofthetheoreticaianaiysis，finiteeiementanaiysis（FEA）andexperimentsshowtheaccuracyoftheorymodeiandthevaiidityofFEA.FEAaisoindicatesthatthestiffness，thenaturaifreguencyandthedrivingforcewiiiincreasewithdecreasinghingeradiusandincreasinghingethiclnessdes

7、pitethemaximumstressincreasingofthestage.Bymodificatingthedimensionsofaringpianehingeitcancontroiandoptimizenaturaifreguency，dis-piacement，stresses，anddrivingforcetoachievethedesiredresponseofthenanopositioningsystem.Finaiiy，thispapergivesasimpieproceduretoseiectthe

8、properdimensionsofananopositioningstage.Keywords：ringpiatehinge；nanopositioning；FEA；stiffness；naturaifreguency收稿日期：2005-11-23；修订日期：2006-08