副標題#e#    隨著操作對象的日益微小化，微動機構在生物技術、微創(chuàng)醫(yī)療、激光制導、光纖對接等精細操作領域發(fā)揮著越來越重要的作用．為了適應納米級精度的超精密加工需要，微動機構的體積需要進一步減小、結構需要進一步緊湊．運動副的間隙和摩擦成為影響機構精度的兩個主要因素．針對這個問題對微動機構進行了柔性設計，將原有機構中的運動副全部用相對應的柔性鉸鏈來替代，無間隙、無摩擦的柔性鉸鏈是靠材料的彈性變形來實現微小的、等效的運動．借助有限元分析軟件COSMOS對整個機構的關鍵部件--柔性鉸鏈和驅動支桿進行有限元分析，獲得修正和優(yōu)化設計所需的信息．
   
    1 基于COSMOSXpress的柔性鉸鏈設計
   
    SolidWorks為用戶提供了初步的應力分析工具--COSMOSxpress，它可以判斷目前設計的柔性鉸鏈能否承受實際工作環(huán)境下的載荷．這不僅依賴于鉸鏈采用的材料，而且還依賴于它的外形結構和尺寸大小．COSMOSXpress可以計算鉸鏈的應力、應變和位移，其快速仿真能力避免了昂貴的實際測試，以最短的時間達到最優(yōu)化設計．
   
    并聯微動機構通過柔性鉸鏈的彈性變形實現工作臺的運動，鉸鏈作為主要的運動副對機構的整體性能影響很大，因此柔性鉸鏈的選擇和設計是整個柔性設計的關鍵．利用有限元分析軟件COSMOSXpress，結合鉸鏈強度、剛度、工作臺動態(tài)特性等條件，合理設計柔性鉸鏈的結構和尺寸，選擇合適的鉸鏈材料．
   
    1．1鉸鏈構型的選取
   
    柔性鉸鏈的結構有很多種形式，最常用也是最基本的形式是繞一個軸彈性彎曲，即單軸柔性鉸鏈．初選兩種單軸柔性鉸鏈--柔性球鉸(圓形截面鉸鏈)和直圓柔性鉸鏈(矩形截面鉸鏈)．通過有限元分析軟件COSMOSXpress，分析材料為鋁合金，最小厚度t和切割半徑r的尺寸為t=2 mm，r=3 mm的兩種不同截面鉸鏈在最大受力下的位移和變形情況，如圖l和2所示．
   

    由位移圖解可得：柔性球鉸的最大位移為0．00478 mm，直圓柔性鉸鏈的最大位移僅為0．00258 mm，說明柔性球鉸的運動范圍大于直圓柔性鉸鏈．理想的柔性鉸鏈要求其在工作方向上的剛度要小，其他方向上的剛度要大．從變形圖解可知，柔性球鉸在工作方向上的剛度遠小于直圓柔性鉸鏈，非工作方向的剛度很大．所以與直圓柔性鉸鏈相比，柔性球鉸可以增大鉸鏈功能方向上的變形，減小非功能方向上的拉壓扭轉變形．
   
    雖然柔性球鉸和直圓柔性鉸鏈都能滿足微動機構的使用要求，但是柔性球鉸可以繞任意軸轉動，轉動靈活性比較好，而直圓柔性鉸鏈不僅轉動靈活性較差，整體質量和體積也大于柔性球鉸．微動機構對鉸鏈的尺寸和體積的微型化提出了很高的要求，使用柔性球鉸的微動機構易于實現微型化，符合設計要求．因此選用截面為圓形的柔性球鉸．