直圓柔性鉸鏈加工注意事項(xiàng)

1、柔性鉸鏈利用了金屬微小彈性變形和回復(fù)特性，是一種微定位的高分辨率傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。由于是一體化加工成型，所以具有無(wú)機(jī)械摩擦、無(wú)配合空程、無(wú)需潤(rùn)滑、運(yùn)動(dòng)靈敏度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類微調(diào)裝置、精密定位平臺(tái)、光刻技術(shù)和掃描探測(cè)顯微鏡等。對(duì)天盛柔性鉸鏈工作性能產(chǎn)生影響的因素是多方面的，設(shè)計(jì)柔性鉸鏈時(shí)會(huì)有一些前提假設(shè)，如假設(shè)僅在鉸鏈處產(chǎn)生彈性變形，其余部分視作剛體；在工作時(shí)假設(shè)只產(chǎn)生轉(zhuǎn)角變形，無(wú)伸縮和其他變形。而鉸鏈本身存在一些固有缺陷，比如轉(zhuǎn)動(dòng)中心不

2、固定、應(yīng)力集中、應(yīng)力大小隨關(guān)節(jié)位置變化、環(huán)境對(duì)材料的影響等。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中往往是幾個(gè)鉸鏈和連桿之間相互組合，組合之間的加工誤差都會(huì)帶來(lái)轉(zhuǎn)角和直線的耦合位移，這些都會(huì)導(dǎo)致其運(yùn)動(dòng)偏離理想軌跡。有文獻(xiàn)綜合性的對(duì)柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)誤差源進(jìn)行分析，對(duì)材料性能、尺寸設(shè)計(jì)、振動(dòng)干擾、加工誤差等方面進(jìn)行探討。文獻(xiàn)給出了單平行四邊形位移結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)耦合公式。文獻(xiàn)用多變量泰勒級(jí)數(shù)把理想剛度公式展開(kāi)，定性的分析每個(gè)變量誤差對(duì)柔性鉸鏈的敏感性。文獻(xiàn)用有限元方法對(duì)位移機(jī)構(gòu)

3、進(jìn)行仿真，得到柔性鉸鏈制造誤差引起的機(jī)構(gòu)位移耦合，但是都只針對(duì)一種機(jī)構(gòu)，所得結(jié)果有局限性。本文中我們針對(duì)直圓柔性鉸鏈形成的梁構(gòu)件，分析直圓柔性鉸鏈的３種加工誤差，推導(dǎo)存在誤差時(shí)的剛度計(jì)算公式，利用數(shù)值積分和多項(xiàng)式擬合方法，得到在不同鉸鏈參數(shù)ｔ／Ｒ下的無(wú)量綱剛度誤差公式，并用有限元方法（ＦＥＡ）進(jìn)行比較和驗(yàn)證。為鉸鏈的參數(shù)設(shè)計(jì)和加工提供參考。１柔性鉸鏈加工誤差建模和分析理想柔性鉸鏈的幾何結(jié)構(gòu)與如圖１所示，在轉(zhuǎn)矩Ｍ作用下中間薄弱部分可產(chǎn)生彈

4、性角變形，繞Ｚ軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。主要尺寸參數(shù)有寬度ｂ，半徑Ｒ，最小厚度ｔ，高度ｈ，對(duì)于直圓柔性鉸鏈，ｈ＝２Ｒ＋ｔ。根據(jù)材料力學(xué)中的撓曲線方程可得近似公式將式（４）代入式（５），令ｍ＝ｔＲ，ｄ１＝ｐｔ，結(jié)合式（１）、式（５）、式（６）可得關(guān)于加工誤差系數(shù)ｐ的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度為由式（２）可得理想柔性鉸鏈剛度積分公式為結(jié)合式（７）、式（８）得到剛度誤差為為了更具有普遍性，這里采用了無(wú)量綱參數(shù)ｐ＝ｄ１ｔ，對(duì)ｐ＝（－０３，０３）范圍內(nèi)的誤差β１進(jìn)行數(shù)值積分