基于应力刚化效应的动态特性可调微动平台设计新方法

作     者：杨志军 白有盾 陈新 王梦 高健 杨海东 YANG Zhijun;BAI Youdun;CHEN Xin;WANG Meng;GAO Jian;YANG Haidong

作者机构：广东工业大学微电子精密制造技术与装备教育部重点实验室广州510006 佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院佛山528225 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2015年第51卷第23期

页      面：153-159页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金(U1134004 50905033) 国家重点基础研究发展计划(973计划 2011CB013104) 广东省自然科学基金(2015A030312008) 广州市科技计划(201510010281) 广东省科技计划(2013B010402014 2012CXZD0020)资助项目 

主　　题：微动平台 柔性铰链 柔顺机构 应力刚化 智能平台 

摘      要：针对现有基于柔性铰链的微动平台动态特性受材料特性、设计制造等误差影响,难以满足精密微动平台对动态响应(特别是可变频率操作)的高要求,基于应力刚化效应,提出了动态特性可调的微动平台设计新方法,推导预应力作用下一端固定一端导向梁的等效刚度和质量公式;基于对称布置假设,建立含有弹片式柔性铰链(下面简称弹片)组数(离散变量)和截面尺寸(连续变量)的离散连续变量复合优化模型,释放承载刚度约束,获得截面尺寸含有弹片组数变量的精确解系列,分析了给定预应力下不同弹片组数微动平台的承载刚度和频率调节范围,从而通过承载刚度约束和频率调节范围要求确定弹片组数。通过数值算例,验证了推导计算模型求解精度和所提设计方法的应用有效性。计算结果表明,与有限元分析结果相比,本模型的计算结果相对误差小于2%,实现了给定工作刚度、频率和承载刚度约束的微动平台最优结构设计。所提方法实现了刚度和频率大范围的调整,不但降低了加工精度要求,还为动态特性自适应匹配的智能微动平台提供一种实现途径。