为了深入分析并联型双轴直圆柔性铰链的微位移变形性能,基于弹性梁的小变形假设、变截面连续梁弯曲理论及微积分叠加原理,推导出其角变形及转角刚度计算公式;根据胡克定律,得到拉压变形时的伸长量和拉伸刚度计算公式,并对柔性铰链在不同结构参数下进行有限元分析;同时,对影响转角刚度和拉伸刚度的结构参数进行研究。结果表明,转角刚度有限元解与解析解的误差在7%以内,拉伸刚度有限元解与解析解的误差在3%以内;刚度与最小厚度、弹性模量成正比关系,与切割半径成反比关系,且最小厚度对刚度的影响最显著,切割半径次之,弾性模量最弱。

要制作尺寸达200mm×200mm、最小线宽为1μm的二元光学元件,设备传动系统必须满足大行程、亚微米级定位精度的需求.通过比较滚珠丝杠传动、直线电机传动及摩擦传动的优缺点,提出了采用滚珠丝杠驱动气体静压导轨实现粗定位、压电陶瓷驱动柔性铰链实现精确定位、用高精度光栅尺实现闭环反馈控制的技术方案.对导轨刚度及固有频率、丝杠刚度及固有频率、柔性铰链的转角刚度、光栅尺的反馈误差等影响系统精度的主要因素进行了分析.HP5528A双频激光干涉仪的检测结果表明传动系统位移灵敏度达到了0.03μm,定位精度小于0.20μm/100mm.

弹性铰链是一种在精密机械中广泛应用的新型铰链形式.本文概括了常用的弹性铰链类型,总结了各种切口形状弹性铰链的特点,对单轴双圆弧和单轴单圆弧的弹性铰链作了比较,最后介绍了弹性铰链的加工及应用情况.