新型十字交叉柔性铰链放大机构研究
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压电舵机微位移放大机构设计
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａ ｓｇ ｔ ｏ ｆｍｉｒ － ｉｐ ａ ｅ ｅ ｍｐ ｉｉｒ ｉ ｏ ｅ ｅ ｏｅｅ ｔ ｉ ｅ ｖ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ｄｅ ｉ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｃ ｏ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍ ｎｔａ ｌｆｅ ｎ ａ ｎ ｖ ｌｐｉｚ ｌｃ ｒｃ ｓ ｒ ｏ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ
ＹＵ — ａ ＹＡＯ ａ — ｉ ｎ ， Ｚｈｉｙｕ ｎ 一， Ｘｉｏ ｘ ａ ＤＡＩＲｕ — ｈ ， Ｕ ｏ — ｉ ｇ ｎｚｉ Ｗ Ｓ ｎｇ ｐ ｎ ；
（ ． ｈ ８ｈ Ｒ ｓ ｒｈ Ｉ ｓ ｔ ｔ，Ｃ ｉａ ａ ｅ ｆ ａ ｎ ｈ Ｖ ｈｃ ｃ ｎ ｌ ｙ ｅ ｉｇ１ ０ ７ ，Ｃ ｉａ １ Ｔ ｅ１ ｔ ｅｅ ｃ ｎ ｔ ｕ ｅ ｈｎ ｄ ｍｙｏ ｕ ｃ ｅ ｉ ｅ ａ ｉ Ａｃ Ｌ ｌ Ｔｅｈ ｏ ｇ ，Ｂ ｉ ０ ０ ６ ｈｎ ； ｏ ｊ ｎ ２ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｒｓ ａｅＳ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ ｅ ｉ ｎ ｔ ｕ ｅ ｆ ｃ ｎ ｌ ｙ ｅ ｉ ０ ０ １ ｈ ａ ． ｃ ｏ ｌ ｆ ｏ ｐ ｃ ｅ ｅａ ｄ Ｅ ｇ ｅｉ ，Ｂ ｉｎ Ｉ ｓ ｔ ｔ ｏ ｈ ｏ ｇ ，Ｂ ｉｎ １ ０ ８ ，Ｃ ｉ ） Ａｅ ｃ ｎ ｎ ｎ ｊｇ ｉ Ｔｅ ｏ ｊｇ ｎ
ｅｆ ｃ ｉ ｅｅ ｔ ｅ ｌ ｆｅ ｔｖ ｘ ｒ ｍｅｙ．
舵机 系统 性 能的影 响， 而确 定 了柔 性铰 链 的设 计原 则 。对 ５种单 轴柔 性铰 链 的 刚度特 性 进 行分 进
析， 到 了柔性铰 链 刚度 比 的变化 曲线 ， 得 并采 用有 限元 分析 的方 法对微 位 移放 大机 构进 行 了参数优 化 设计 。仿 真分 析 结果表 明， 种方 法对 于压 电舵 机微 位移 放 大机构 的设 计 十分有 效 。 该 关 键词 ：机械 学 ；压 电舵 机 ； 位移 放大 机构 ；刚度 微
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放大步幅的精密二维进给机构研究
构加 大 ２个 方向压 电 陶瓷 的行 程 范 围、 大进给 的 步幅 ， 时更好地 减 小响应 时间。要 达到 这种 扩 同
要 求 需要 合 理 地 选 择 放 大 杠 杆 ， 整 体 结 构 进 行 优 化 设 计 。 对
关键 词 ： 电 陶瓷 ；二 维进给 ； 杆放 大机 构 ；柔性 铰链 压 杠
ｄ ｓｇ ｆｔ ｅ ｏ ｅ ａｌｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｅ ｉｎ ｏ ｈ ｖ ｒ ｌ ｔ ｕ ｔ ｒ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｐ ｅ ｏ ｌ ｃｒｃ ｃ ｒ ｍｉ ；ｐ ａ ｒｍ ｉｒ — ｏ ｉｉ ｅ ｅ ｅ ｇ ｆ ｉ ｇ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ；ｆｅ ｉ ｌ ｉ ｅ ｉｚ ｅｅ ｔｉ ｅ ａ ｃ ｌｎａ ｃ ｏ ｐ ｓｔｏｎ ｒ ｌｖ ｒｍａ ｎｉｙ ｎ ｃ ａ ｉｍ ｌｘ ｂ ｅ ｈ ｎｇ
是利 用压 电材 料 在 电场 作 用 下 发 生伸 缩 效 应 的特
性 。但 由于压 电驱 动 器 的行 程 范 围一 般 只有 几 十 ｐ 在应用 上有 极 大局 限性 ， 电机驱 动 的大 行 程 ｔ ｍ， 而
位 移 机构 又很 难 满 足 纳米 级 加 工 精 度 。为 了解 决
大行 程与 高精度 的问题 ， 本文 利用 具有柔 性 铰链 作
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｈ６ 文献标 志 码 ： Ａ
Ｓｔ ｄ ｎ Ｓｔ ａ ｎｆ ｉｇ Ｍｅｃ ａ ｉｍ ｆＰｒ ｃｓ ｕ ｙ ｏ ｅｐ Ｍ ｇ ｉ ｎ ｙ ｈ ｎｓ ｏ ｅ ｉｅ
Ｐｌ ｎ ｉ ｒ ． ｓ ｔｏ ｅｒ ａ ａｒＭ ｃ ｏ Ｐｏ ｉｉ ｎ
Ｚ ＯＵ ｅ，ＤＡＩＨｕ— ａ ｇ，Ｚ Ｗ ｉ ｉｌ ｎ ｉ ＨＯＮＧ ｉｎ ａ Ｊａ —ｎ
文 章 编 号 ：１ ０ ４ ４ ２ ０ ） ３ ０ １ —０ ０ ９ ４ Ｘ（ ０ ８ ０ ２ ８ ４
一维压电式微定位机构的设计研究
［< ］ 响整机的精度 。当今社会， 效率问题成为衡量设
［ " ? !］ 理想的微定位器件 。本文设计了一种一维压电
式微定位机构， 并对其微定位原理及定位特性进行 了研究。
"9 定位机构设计
"# ! 9 微定位机构设计 为提高精密机床的定位精度， 在精密移动工作 台 （粗工作台） 上增加一层微动工作台 （ 精工作台） ， 来对精密工作台的定位精度进行补偿， 图 < 为定位 精度补偿原理。粗工作台实现高速运动， 其定位精 度为微米级， 精工作台在粗工作台定位的基础上， 通 过控制系统检测粗定位误差， 对粗工作台定位精度 进行补偿。微定位机构设计如图 "F 所示， 采用柔性 铰链与压电陶瓷组合式结构， 其间为螺钉联结， 二者 的装配间隙用垫块来调整。柔性铰链是依靠材料的
9 9 收稿日期： "##:;<#;!#； 修订日期： "##$;#<;<# 9 9 基金项目： 吉林省科委基金资助项目 （ "##:#:!= ） 9 9 作者简介： 孙宝玉 （<>=< ? ） ， 女， 吉林磐石人， 副教授， 博士后， 研究
运动副间隙、 无机械摩擦等优点， 依据定位方向的需 要设计结构， 可实现一维、 二维微位移运动。柔性铰 链的结构等效图如图 "G 所示， 此机构属一维 ! 向微 位移机构， 由于柔性铰链在导向过程中输出的不仅
图 $" 微定位精度补偿原 理图 "
3 （ 4 ）#
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［ " ? !］ 理想的微定位器件 。本文设计了一种一维压电
式微定位机构， 并对其微定位原理及定位特性进行 了研究。
"9 定位机构设计
"# ! 9 微定位机构设计 为提高精密机床的定位精度， 在精密移动工作 台 （粗工作台） 上增加一层微动工作台 （ 精工作台） ， 来对精密工作台的定位精度进行补偿， 图 < 为定位 精度补偿原理。粗工作台实现高速运动， 其定位精 度为微米级， 精工作台在粗工作台定位的基础上， 通 过控制系统检测粗定位误差， 对粗工作台定位精度 进行补偿。微定位机构设计如图 "F 所示， 采用柔性 铰链与压电陶瓷组合式结构， 其间为螺钉联结， 二者 的装配间隙用垫块来调整。柔性铰链是依靠材料的
9 9 收稿日期： "##:;<#;!#； 修订日期： "##$;#<;<# 9 9 基金项目： 吉林省科委基金资助项目 （ "##:#:!= ） 9 9 作者简介： 孙宝玉 （<>=< ? ） ， 女， 吉林磐石人， 副教授， 博士后， 研究
运动副间隙、 无机械摩擦等优点， 依据定位方向的需 要设计结构， 可实现一维、 二维微位移运动。柔性铰 链的结构等效图如图 "G 所示， 此机构属一维 ! 向微 位移机构， 由于柔性铰链在导向过程中输出的不仅
图 $" 微定位精度补偿原 理图 "
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基于ANSYS的差动式位移放大机构性能分析
实际 的工程应 用 中 ， 些 应用 场 合 要 求有 更 大 的位 有 移， 因此 ， 在大 位移 的应用 场 合 ， 要 位移 放 大 机 构 需 与其配合 ． 柔性 铰 链是 一 种 新型 机械 传 动 和支 撑 机 构 ， 用 于提供绕 轴做 复杂 运 动 的有 限 角位 移 ． 是 利 用 材 它 料 可逆 的弹性变 形来 产 生 运 动或 传 递 能 量 ， 具有 无
基 于 ＡＮＳ ＹＳ的差 动 式 位 移 放 大机 构 性 能 分析
江 晓 阳 ，陈 定 方
（ 汉理 工 大 学智 能 制 造 与 控 制研 究 所 ， 北 武 汉 ４ ０ ６ ） 武 湖 ３ ０ ３
［ 摘
要 ］柔 性 铰 链 具 有 无 空 回 、 摩 擦 、 间 隙 、 噪声 、 磨 损 、 动 灵 敏 度 高 等 特 点 ． 于 柔 性 铰 链 设 计 了一 种 无 无 无 无 运 基
图 １ 差 动 式 杠 杆 放 大 原 理 图
１ 差 动 式杠 杆 放 大 原 理
差 动式杠 杆放 大根 据输入 的方 向可 以分 为 同向 驱动 和反 向驱 动 ２种 ， 原理 如 图 １所示 ． 其 采用 差动
式 杠杆 放大 ， 以在有 效 的 空 间尺 寸 内实 现较 大 的 可 放 大倍数 ．
［ 稿 日期 ］２ １ 一Ｏ ～２ 收 Ｏ０ ３ ４ ［ 者简 介］江 晓 阳 （ ９ ５ ） 作 １ ８ 一 ，男 ， 北 武 汉 人 ， 汉 理 工 大 学 硕 士 研 究 生 ， 究 方 向 为智 能 设 计 及 其 自动 化 湖 武 研
７ ８
湖 北 工 业 大 学 学
报
２ ３０ ３ ４５ ４６ ０ ５７ ５
６． ８ ６８ ． ６． ８ ７ ６． ８ ７
【国家自然科学基金】_大行程_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
科研热词 高精度 驱动电源 精密定位 大行程柔性铰链 大行程 大功率 复合放大 压电陶瓷 pa93 间接测量 闭环控制 转角柔度 转动精度 超声电机 超声波直线电机 超声波电动机 角度误差补偿 螺旋理论 自动定位 纳米定位 柔性铰链 柔性机构 柔度矩阵 构型综合 有限元法 快速刀具伺服 工具显微镜 射影变换 宏微驱动 宏微二级驱动 大行程柔性机构 垂直轴 刚度模型 刚度 刀具轨迹跟踪控制算法 刀具路径 六自由度工作台 光栅 光学自由曲面 交叉轴解耦 二维细分 xy柔性并联微定位平台 psoc3 cortex-m4 cmac
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
科研热词 精密定位 显微视觉 力解耦 主从控制 逐步回归 运动规划 运动控制 运动平台 超精密工件台 超精密 自动标定 细分 纳米工作台 纳米 精度 磁悬浮导轨 硅片台 研究现状 直线电机 直线度 直线导向机构 电液振动台 正交实验法 柔性铰链 柔性机构 有限元分析 摩擦建模 摩擦力补偿 摩擦 惯性驱动 微驱动器 尺蠖运动 宏微双重驱动 宏/微双重驱动 双衍射光栅 压电陶瓷拨爪电机 压电旋转机构 压电技术 压电微动台 光栅 伺服阀 仪器仪表技术 二维位移工作台 两级驱动 roberts机构
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
科研热词 高分辨率 超磁致伸缩驱动器 膝关节 组合驱动器 纳米定位 箝位机构 移动策略 柔顺性 柔性铰链放大机构 柔性铰链 有限元法 最大应力 显微图像 数据采集处理 拼接 微位移检测 康复 尺蠖运动 大行程驱动器 大行程 多模式 参数辨识 压电驱动器 压电陶瓷驱动 前馈控制 刚度 伪刚体模型 串联柔性机构 三维位移系统 pid控制 labview ccd标定
微加速度计中新型微杠杆机构设计和分析
ｍｏ ｅｓｏ ｅｍｅｈ ｎｓ ａｅｅｔｂｉ ｅ ．Ｂ ｓｄＯ ｅｅｍｏ ｅｓ ｈ ｃｏ ｌｖ ｒｇ ｃ ａ ｓ ｉ ｐ ｉ ｚｄ Ｔｈ ｄ ｌ ｆｔ ｃ ａ ｍ ｒ ｓａ ｌ ｈ ｄ ａ ｅ ｎｔ ｓ ｄ ｌ，ｔ ｅｍｉｒ ｅａ ｅｍｅ ｈ ｎ ｍ ｏ ｔ ｈ ｉ ｓ ｈ ｅ ｉ Ｓ ｉ ｍ ｅ． ｅ ａ ｌｉ ｔ ｎｆｃｏ ｌｕａｅ ｈ ｏ ｅｉａｌ ｎ ａ Ｆｎｔ－ ｅ ｎ ｅｈ ｄ （ ｍｐｉ ｃ ｉ ｔｒｉ ｃ ｃ ｌ ｄ ｔｅ ｒｔ ｌ ａ ｄ ｖ ｉｉ Ｅｌｍｅ ｔＭ ｔ ｏ ｆ ａ ｏ ａ Ｓａ ｔ ｃ ｙ ｉ ｅ ） Ｒｅｕｔ ｏ ｒｍ ｈ ｗｏ ． ｓ ｌｓｇ ｔｆｏ ｔｅ ｔ
了解析法分析和参数优化设计 ； 同时利用有 限元分 析方 法对其进行 了仿真计算． 计算结果显示机构 的放大倍数约 为 １２倍． ０ 这
一
设计方案极大地提高 了微加速度计 的灵 微杠杆； 柔性铰链．Ⅱ 力速度计
中图分类 号 ： Ｎ ０ ； Ｐ １ ．１ Ｔ ４ Ｔ ２２ ２
ＥＥＡＣＣ： ５７ ７２ ０ ２ ５； ３
微 加 速度 计 中新 型微 杠 杆 机 构设 计 和 分 析
何高法 ， 一科 ， 世 明 ， 晓平。 唐 刘 何
，
１ 重庆 大学 机械 工程学院 重庆 ４ ０ ３ ；． ． ０ ０ ０ ２ 重庆科技学院机械系 重庆 ４ ０ ５ 、 ０ ０ ０
Ａ ｖ ｌＭ ｉｒ ｖ ｒ ｇ ｅ ｈ ｎ ｓ ｔ ｉａｉｎ ｆ ｒＭ ｉｒ ｓ ｎ ｎ ｃ ｌｒ ｍ ｅｅ Ｎｏ ｅ ｃ ｏＬｅ ｅ ａ ｅＭ ｃ ａ ｉｍ Ｏｐ ｉ ｚ ｔｏ ｏ ｃ ｏ Ｒｅｏ ａ ｔＡｃ ｅｅ ｏ ｔｒ ｍ
ＨＥ Ｇ ｏｆ 。 Ｔ ａ—ａ＇ ， ＡＮＧ Ｙ —ｅ＇， ＵＳ ｉ ｎ 。 ＨＥ ａ — ｉｇ ｉ ＬＩ ｈ— ｇ ， ｋ 。 ｍｉ Ｘｉｏｐ ｎ 。
了解析法分析和参数优化设计 ； 同时利用有 限元分 析方 法对其进行 了仿真计算． 计算结果显示机构 的放大倍数约 为 １２倍． ０ 这
一
设计方案极大地提高 了微加速度计 的灵 微杠杆； 柔性铰链．Ⅱ 力速度计
中图分类 号 ： Ｎ ０ ； Ｐ １ ．１ Ｔ ４ Ｔ ２２ ２
ＥＥＡＣＣ： ５７ ７２ ０ ２ ５； ３
微 加 速度 计 中新 型微 杠 杆 机 构设 计 和 分 析
何高法 ， 一科 ， 世 明 ， 晓平。 唐 刘 何
，
１ 重庆 大学 机械 工程学院 重庆 ４ ０ ３ ；． ． ０ ０ ０ ２ 重庆科技学院机械系 重庆 ４ ０ ５ 、 ０ ０ ０
Ａ ｖ ｌＭ ｉｒ ｖ ｒ ｇ ｅ ｈ ｎ ｓ ｔ ｉａｉｎ ｆ ｒＭ ｉｒ ｓ ｎ ｎ ｃ ｌｒ ｍ ｅｅ Ｎｏ ｅ ｃ ｏＬｅ ｅ ａ ｅＭ ｃ ａ ｉｍ Ｏｐ ｉ ｚ ｔｏ ｏ ｃ ｏ Ｒｅｏ ａ ｔＡｃ ｅｅ ｏ ｔｒ ｍ
ＨＥ Ｇ ｏｆ 。 Ｔ ａ—ａ＇ ， ＡＮＧ Ｙ —ｅ＇， ＵＳ ｉ ｎ 。 ＨＥ ａ — ｉｇ ｉ ＬＩ ｈ— ｇ ， ｋ 。 ｍｉ Ｘｉｏｐ ｎ 。
压电叠堆泵微位移放大机构的试验研究
ｈｉ ｈ ｒ ｓ ｌ ｉ ｎ ａ ｉ ｒ ｑ ｎｃ ｒ ｐｐ ｏｖ ｄ ｇ ｅ ｏ ｕｔｏ ｎｄ ｈ ｇｈ ｆｅ ｕｅ ｙ ｗｅ ｅ ａ ｒ ｅ ．
数 ； 为压 电叠 堆 的长度 。 ｚ 从 上式 可见 ， ｌ ｔＶ 或 Ｅ 有 很大值 ， ｔ 小 ，ｉ ， 且 减
时 ， 电叠 堆 的位移 变化 量将 增加 。 压
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ａ ｍ ｉｒ ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｃ ｏ—ｄ ｓ ｌｃ ｍ ｅ ｔ ｉｐ ａ ｅ ｎ
ｍａ ｎｉｙ ｎ ｅ ｈ ｎｉｍ ， ｉ ｈ ｗａ ｐｐｌ ｄ ｔ ｅ ｏ ｇ ｆ ｉ ｇ ｍ ｃ ａ ｓ ｗｈ ｃ ｓ ａ ｉ ｏ ｐｉｚ ｅ
ｉ ｎ ｙ ａ ｃ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｓ ｗｅ ｅ ｔ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ａ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔｃ ｒ ｅ ｔ ｄ ｏ ｈ ｐ ｏｏｙ ｅ ｒ ｔ ｔ ｐ ．Ｔｈ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｄ ｉ ｅ ｒｔ ， ｅ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔ ｏ ｇ ｏ ｌ ａ ｉｙ ｃ ｎ
摘 要 ： 出 了一 种 应 用 于 压 电 叠堆 泵 的微 位 移 提
放 大机 构 ， 机 构 以 压 电 叠 堆 （ 层 式 压 电 微 位 移 该 积 器） 驱动 元件 ， 过基 于三 角形放 大原 理 的柔性铰 为 通 链 放 大 机 构 ， 大 压 电 叠 堆 的 输 出位 移 。 同 时 ， 放 设
Ｋｅ ｒ ｓ ｐ ｅ ｏ — ｓ ａ ｋ； ａ ｎ ｆ ｉ ｇ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｚ ｔ ｃ ｍ ｇ ｉｙ ｎ ｍｅ ｈ — ｃ ａ
ｎ ｓ ； ｌ ｘ ｅ ｈｉ ｇｅ； ｒａ ｌ ｍ ｐ ｉｉａ ｉ ｎ ｉ ｍ ｆｅ ｕｒ ｎ ｔ ｉｎｇ ｅ ａ ｌｆｃ ｔｏ
数 ； 为压 电叠 堆 的长度 。 ｚ 从 上式 可见 ， ｌ ｔＶ 或 Ｅ 有 很大值 ， ｔ 小 ，ｉ ， 且 减
时 ， 电叠 堆 的位移 变化 量将 增加 。 压
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ｍａ ｎｉｙ ｎ ｅ ｈ ｎｉｍ ， ｉ ｈ ｗａ ｐｐｌ ｄ ｔ ｅ ｏ ｇ ｆ ｉ ｇ ｍ ｃ ａ ｓ ｗｈ ｃ ｓ ａ ｉ ｏ ｐｉｚ ｅ
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摘 要 ： 出 了一 种 应 用 于 压 电 叠堆 泵 的微 位 移 提
放 大机 构 ， 机 构 以 压 电 叠 堆 （ 层 式 压 电 微 位 移 该 积 器） 驱动 元件 ， 过基 于三 角形放 大原 理 的柔性铰 为 通 链 放 大 机 构 ， 大 压 电 叠 堆 的 输 出位 移 。 同 时 ， 放 设
Ｋｅ ｒ ｓ ｐ ｅ ｏ — ｓ ａ ｋ； ａ ｎ ｆ ｉ ｇ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｚ ｔ ｃ ｍ ｇ ｉｙ ｎ ｍｅ ｈ — ｃ ａ
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直角坐标系中柔性铰链转动刚度的计算
则 ，微元 截面对 ｚ轴 方向的惯性矩为 ：
Ｉ ｚ ： ＝ ． ｂ ． ． ｈ ． ３ ． ． （ ． ｘ ． ． ） ： ＝
１ ２ １ ２
） ， 微元的宽度为６ 。
睡
，
鲁
ｆ ＇
，
：
： ！ ：
１ ２
４ Ｒ
拍
一
（ 一 厨 ］
３
‘
（ ｐ －） Ｊ ｏ ｆ Ｐ ＋ Ｒ ， ： ］ ㈣
Ｊ － Ｒ ； ＿ ＝
＝
‘ 尸 尺 。 Ｊ
ｏ ）（ １ 式）
为 了 便于 分 析 ， 在 柔 性 铰 链 圆 弧 处 截 取微 元 放大 见 图 ｌ 。
首 先 计 算 ￡
定 积 分 的 数 学 解 析 式 ：
对 ｔ述定积 分进行代数运算：
Ｍ
Ｘ
设
ｓ ｉ ｎ ，其 中满足
姚
，则
上 Ｐ 一
１
一 ； （ Ｊ Ｄ 一 Ｒ ￣ ｏ ｓ ０ ）
图 Ｉ 柔 性 铰链 圆 弧截 面 微 元 受 力 图
再 设 喀 导 ＝ ， ， 于 是 得 臼 ＝ ２ ， 臼 ＝ 署 Ｉ Ｊ Ｃ Ｏ Ｓ Ｏ ＝ １ － ７ ／ ２ 。
其中， 微元的高度为： ） ＝ ２ （ ＋ Ｒ 一 √
（一 尺 ） ’
Ｐ＋ Ｒ 一
． 。 ｃ ２ Ｖ ｄ
Ｅ ３
… ’
■ １ ２ ８
科 学 进 步
：
＝
Ｊ 需× 藤 （ 筹 × 咖 藤 ● ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ 一 × （ ÷ ｓ ｉ ｎ ２ Ｖ ＋ ￣ ２ ４ 蝻 Ｉ Ｐ ＋ Ｒ
．
Ｏ
Ｌ
ｐ－
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科 学 进 步
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有 关 ， 此 必 须 考 虑 材 料 的 抗 疲 劳 指 标 。 材 料 需 要 因
有 较强 的抗疲 劳 能力才 可能使 机构 正常地 运 动 。另 外， 还要 确保材 料 在变 形 时 不 会发 生 张 力 松 弛 或蠕 变， 加工 起来相 对容 易 。根据柔 性 铰链 的上述 特点 ，
１ 柔 性 铰 链放 大 机 构 工 作原 理
１ １ 柔性 铰链 放大机 构 的工作原 理 ．
铰链 节 点 为单 轴 圆弧 型 结构 ， 靠 节 点转 动 实 依 现运 动 传 递 和位 移 放 大 ， 柔性 铰链 放 大原 理 如 图 ４
所示。
输入位移 ‰
图 ５ 柔 性 铰 链微 元 划 分
免 的 ， 在 十 字 交 叉 柔 性 铰 链 放 大 机 构 中 不 存 在 侧 而
为分析柔 性 铰链放 大机 构 的转 角与 各种位 移损 失 ， 先将柔 性铰链 微 元划分 如 图 ５所示 ， 首 根据 材料
向变形 （ △ 即 ＝０ 。 当负 载一 定 时 ， 统 柔 性 铰 链 ） 传
中 图分 类 号 ：ＴＨ１ ２ ４ ３． ５
文 献 标 识 码 ：Ａ
Ａ ｎ ｌ ｓ ｓ ｏ ｅ Ｄ ｅ ｕ ｓ ｔｏ ｅ ｉ ｉｉｙ Ｈ ｉ ｅ Ｅｎ ａ ｇ ｒ ａ ｙ ｉ ｆａ Ｎ ｗ ｃ ｓ ａ ｉ ｎ Ｆｌ ｘ ｂ ｌｔ ｎｇ ｌ ｒ ｅ
ＨＥ Ｚｈ ｎ — ｏ， ｉｎ ｍ ｉ Ｌ ｎ — ｉ ＬＩＹｕ ｌ ｎ Ｃ ＩＸｕ ｏ ｇ ｂ ＸＩＪ ａ ｎ， ＩＤｏ ｇ ｗｅ ， —ｏ ｇ， Ｕ
第 ２ ３卷第 ２ 期 ２１ ０ １年 ４月
军
械
工
程
学
院
学
报
Ｖｏ． １ ２３ Ｎｏ． ２ Ａ ｐｒ Ｏ１ ．２ １
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＯｒ ｎ ｎ ｅ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ｄ ａ ｃ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｃｏ ｌ ｅ ｏ ｅ
文 章 编 号 ：０ ８２ ５ （ ０ １ ０—０ １０ １０ —９６ ２ １ ）２０ ３—５
力偶 矩 Ｍｙ 用下柔 性铰链 产 生 的绕 Ｙ轴 的角 作
变形 ａ 的 表 达 式 为
一 ｄｚ — ㈣
式 中 ： （ 为 微 小 段 ｄ 的 断 面 对 ｙ轴 的 惯 性 矩 。 Ｊ ）
力偶 矩 Ｍ 用下柔 性铰链 产 生的绕 ｚ 轴 的角 作
变形 Ｏ ｔ 达 式 为 表
笔 者 设 计 的 十 字 交 叉 柔 性 铰 链 既 能 满 足 以 上 诸 多 要
收 稿 日期 ：２ １ — ９３ ；修 回 日期 ：２ １ － １０ ０ ００ ０ ０ １０ － ４ 项 目来 源 ：军 队 科 研 计 划 项 目
图 ２ 传 统柔 性 铰 链 放 大 机 构
求， 又能在 减小 单个 铰链 负载并 保证 输 出的 同时 ， 增
ｈｉ ｇｅ ｅ ｌ ｒ ｅ ．Ｔｈｅ ｄ ｆｅ ｅ ｅ ｅ ｗ ｅ ｎ ｔ ａ ｔｏ ｌｓｎｇ ｅ ｃ ｉ ｌ ｘ ｂ ｌ ｙ ｉ ｅ ｅ ｌ ｒ ｒ ａ ｄ ｄ — ｎ ｎａ ｇ ｒ ｉｆ ｒ ｎｃ ｓ ｂ ｔ ｅ ｒ ｄｉｉ ｎａ ｉ ｌ ｈ ｐ ｆｅ ｉ ｉｉ ｈ ｎｇ ｎ ａ ｇｅ ｎ ｅ ｔ ｃ ｓ ａ ｉ ｎ ｆｅ ｉ ｌｔ ｎｇ ｎ ａ ｇｅ ｒ ｏｍ ｐａ ｅ ｙ ｓｍ ｕ ａ ｉ Ｎ Ａ Ｓ Ｓ ｓ ｆｗ ａ ｅ Ｔ ｈｅ ｘ— ｕ ｓ ｔｏ ｌ ｘ ｂｉｉｙ ｈｉ ｅ ｅ ｌ ｒ ｒ ｗｅ ｅ ｃ ｒ ｄ ｂ ｉ ｌ ｔｎｇ ｏｆ Ａ Ｙ ｏｔ ｒ ． ｅ ｐ ｒｍ ｅ ｔ ｐ ｏｖ ｓ ｔ ｍ ｕｌｔ ｒ ｉ ｏ ｒ ｃ ， ｎｄ ｔ ｅ ａ ａ ｔ ｇ ｌ ｘｉ ｉｉｙ ｈ ｎｇ ｎｌｒ ｒ ｅ ｉ ｎ ｒ ｅ ｈｅ ｅ ａ ｏ ｓ ｃ ｒ ｅ ｔ ａ ｈ ｄｖ ｎ ａ ｅ ｏｆｆｅ ｂ ｌｔ ｉ ｅ ｅ ａ ｇｅ ． Ｋｅ ｒ ｓ： ｅ ｕｓ ａ ｉ ｎ ｆｅ ｉ ｌｔ ｉ ｅ ｅ ａ ｇ ｒ ｍ ａ ｉｙ ａ ｌｔ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍ ｅ ｏ ｉ ｇ ｙ ｗｏ ｄ ｄ ｃ ｓ ｔｏ ｌ ｘ ｂｉ ｙ ｈ ｎｇ ｎｌｒ ｅ ； ｇｎ ｆ ｂｉｉｙ； ｉ ｐ ａ ｅ ｉ ｎｔｌ ｓ ｎ
分别 对式 （ ） （ ） 行 积分 ， 出 ， ２一 ４进 得 Ｙ和 ｚ三
方 向位 移 损 失 分 别 为
一
式 中 ： ． ｙ ｙ ，。 分别 为输入 位移 和输 出位 移 ；， 分 别 ｚｚ 为杠 杆输入 臂长 和输 出臂长 。
ｄ ｚ，
（ ）
１ ２ 柔性 铰链放 大机 构 的位 移损 失 ．
—
Ｊ ‰
形 、 铰链 的 ｚ， ， 向变形 以及结 构 反 力均 会造 成 各 Ｙ
机构 的位移 损失 ， 其 实 际放 大 倍数 小 于理论 放 大 使 倍 数 。同等条 件 下 ， 移损失 越大 ， 明负载能力 越 位 说
差。
从理 论上 讲 ， 机 构 中应尽 量 避 免 柔性 铰 链 的 在 各 个方 向的位 移损失 。但在 传 统单 片柔性 铰链放 大 机构 中 ， Ｙ和 三 个 方 向的 位 移损 失都 是 不 可避 ｚ，
了 微位 移放 大机 构 中考 虑到 放大机 构较 大 的内部
第 ２ 期
何 忠 波 等 ： 型 十 字 交 叉 柔 性 铰链 放 大 机 构 研 究 新
３ ３
析 ， 用 ＡＮＳ 利 ＹＳ有 限 元 软 件 对 所 设 计 柔 性 铰 链 微
位移 放 大 机 构 进 行 相 关 仿 真 计 算 。 首 先 ， 用 利 Ｓ ｌ ｗｏｋ 软 件对放 大机 构 建 模 ， 导 入 ＡＮＳ ， ｏｉ ｒ ｓ ｄ 并 ＹＳ 用 ＡＮＳ ＹＳ所 提供 的 Ｓ ｌ ０ ｏ ｅ１ ６单 元 对两 种 ｏｉ ２ ｎ ｄ ８ ｄ
柔性铰 链放 大机构 依靠 铰链 的弹性 变形来 完成 位移 的放大 和力 的传 递 ， 中转 角是 影 响 其放 大 能 其
力 的 关 键 因 素 。 ］
＝
坠
铀 ｃ 心㈣ ，
（） ６
在柔 性 铰链 位 移放 大 机 构 中 ， 杆 件 的弹性 变 各
△ Ｊｄ （）ｘ— Ｉ ａ 口ｄＲｉ ） （） ｚ— Ｉ ｚｄ … （ （ｓ 。 ７ ） ｎ
放 大机 构 和笔 者 所 设 计 的 十字 交 叉 柔 性 铰 链 放 大 机 构 进 行 对 比 ， 过 实 验 验 证 了仿 真 的正 确 性 ， 明 笔 者 设 计 的 通 说
十 字交 叉 柔 性 铰 链 放 大 机 构 的优 越 性 。 关 键 词 ：十 字 交 叉 柔 性 铰 链 放 大 机 构 ；放 大 能 力 ；位 移 损 失
柔性 铰链是 一 种 特殊 的 高精 度 的放 大机 构 ， 利 用 材料 的可逆 弹性 变 形产 生 运 动 和传 递 运 动 ， 有 具 体 积小 、 动 间 隙小 、 摩擦 和分 辨 率 高 的 特 点ｌ 。 运 无 】 ］ 在 制造 、 宇航 、 物 和光学 工程 等领域 都得 到 了广泛 生 的应 用 ， 其是 在微位 移 、 尤 微定位 、 调整机 构 、 学 微 光 平 台和大 型天线 空 间展 开 机构等 许多 微机 械 中的应 用更 为突 出¨ 。圆弧形 柔性 铰链及 传统 单 片柔性 铰 ２ ］
一
通 过后 处理 器 ， 柔 性 铰 链放 大机 构 的 放 大倍 数 进 对 行 分析 。已知两柔 性铰 链计 算得 理论 放大倍 数均 为
５８ 。 ． 倍
是 增加杠 杆 的宽度 ， 高杆件 的弯 曲刚度 ； 提 二是 减 的载荷 情况 下 ， 论 上 十字 交 叉 柔 性 铰链 放 大 机 构 理
柔 性 铰 链 微 位 移 放 大 机 构 进 行 进 行 网 格 划 分 。 十 字
图 ６ 杆 件 弯 曲 变 形 ， 意 图 下
交叉 柔性 铰链放 大机 构 网格划 分如 图 ８ 示 。在放 所
大 机 构 的位 移 输 入 面施 加 位 移 载 荷 ， 后 求 解 ， 后 然 最
反 力 ， 件 的 弯 曲 变 形 ， 么 这 种 杆 件 产 生 的 弯 曲 变 杆 那 形将 影 响到位 移 放 大效 果 。解 决 这个 问题 的办 法 ，
一
厂
ｄ —
㈤
图 ４ 柔 性 铰 链 位 移放 大 原 理
式 中 ： （ 为微小 段 ｄ Ｊ ） ｚ的断 面对 ｚ轴 的惯 性矩 ； Ｇ
代 表材料 的剪 切弹 性模 量 。
（） １
根据杠 杆原 理 ， 性铰链 放大 倍数为 柔
ｎ— Ｙ 儿 ｙ 一 Ｚ／ ， 叭／ 。 ｌ
加 结 构 输 出 的 稳 定 性 ， 外 形 如 图 ３所 示 。这 是 对 其
作 者 简 介 ：何 患 波 （ ９ ８ ） 男 ，博 士 ，副 教 授 １ ６一 ，
传 统单 片柔 性铰链 放 大机构 的创 新改 进 。
３ ２
军 械 工 程 学 院 学 报
图 ３ 十 字 交 叉柔 性 铰 链 放 大 机构
小 机 构 的 内 部 反 力 。其 中 后 者 起 主 要 作 用 ， 同 样 在
（ ｐ ｒｍｅ ｔｏ ｔ ｌｒ ｇｎ ｅｉｇ， ｄ ａ ｃ ｎ ｉｅｒｎ ｌ ｇ ， ｈｊａｈ ａ ｇ ０ ０ ０ Ｃｈｎ ） Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＡｒｉｅ ｙＥｎ ｉｅ ｒ ｌ ｎ Ｏｒ ｎ ｎ ｅＥ ｇｎ ｅ ｉｇＣｏｌ ｅ Ｓ ｉ ｚ ｕ ｎ ５ ０ ３， ｉａ ｅ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈｅ ｐａ ｅ ｎａ ｙ ｅ ｔ ｅ ｔ ｏ ｙ， ａ ｉｙ ｎｇ ａｂ ｌｔ ｎｄ ｉｐｌ ｃ ｍｅ ｔ ｏ ｓ ｏｆ ｌ ｘｉ ｉｉｙ ｐ ｒ ａ ｌ ｓ ｓ ｈ ｈｅ ｒ ｍ ｇｎ ｆ ｉ ｉｉｙ ａ ｄ ｓ ａ ｅ ｎ ｌ ｓ ｆｅ ｂ ｌｔ
放 大 机 构 由 两个 铰 链 共 同 承 担 ， 十 字 交 叉 柔 性 铰 而
力学 结合 图 ５作 如下分 析 。 力偶矩 Ｍ。 ｚ轴 的角 变形 ａ 绕 是柔 性铰链 的重 要参 数ｌ ， 表达式 为 ４其 ］
有 较强 的抗疲 劳 能力才 可能使 机构 正常地 运 动 。另 外， 还要 确保材 料 在变 形 时 不 会发 生 张 力 松 弛 或蠕 变， 加工 起来相 对容 易 。根据柔 性 铰链 的上述 特点 ，
１ 柔 性 铰 链放 大 机 构 工 作原 理
１ １ 柔性 铰链 放大机 构 的工作原 理 ．
铰链 节 点 为单 轴 圆弧 型 结构 ， 靠 节 点转 动 实 依 现运 动 传 递 和位 移 放 大 ， 柔性 铰链 放 大原 理 如 图 ４
所示。
输入位移 ‰
图 ５ 柔 性 铰 链微 元 划 分
免 的 ， 在 十 字 交 叉 柔 性 铰 链 放 大 机 构 中 不 存 在 侧 而
为分析柔 性 铰链放 大机 构 的转 角与 各种位 移损 失 ， 先将柔 性铰链 微 元划分 如 图 ５所示 ， 首 根据 材料
向变形 （ △ 即 ＝０ 。 当负 载一 定 时 ， 统 柔 性 铰 链 ） 传
中 图分 类 号 ：ＴＨ１ ２ ４ ３． ５
文 献 标 识 码 ：Ａ
Ａ ｎ ｌ ｓ ｓ ｏ ｅ Ｄ ｅ ｕ ｓ ｔｏ ｅ ｉ ｉｉｙ Ｈ ｉ ｅ Ｅｎ ａ ｇ ｒ ａ ｙ ｉ ｆａ Ｎ ｗ ｃ ｓ ａ ｉ ｎ Ｆｌ ｘ ｂ ｌｔ ｎｇ ｌ ｒ ｅ
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第 ２ ３卷第 ２ 期 ２１ ０ １年 ４月
军
械
工
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Ｖｏ． １ ２３ Ｎｏ． ２ Ａ ｐｒ Ｏ１ ．２ １
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＯｒ ｎ ｎ ｅ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ｄ ａ ｃ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｃｏ ｌ ｅ ｏ ｅ
文 章 编 号 ：０ ８２ ５ （ ０ １ ０—０ １０ １０ —９６ ２ １ ）２０ ３—５
力偶 矩 Ｍｙ 用下柔 性铰链 产 生 的绕 Ｙ轴 的角 作
变形 ａ 的 表 达 式 为
一 ｄｚ — ㈣
式 中 ： （ 为 微 小 段 ｄ 的 断 面 对 ｙ轴 的 惯 性 矩 。 Ｊ ）
力偶 矩 Ｍ 用下柔 性铰链 产 生的绕 ｚ 轴 的角 作
变形 Ｏ ｔ 达 式 为 表
笔 者 设 计 的 十 字 交 叉 柔 性 铰 链 既 能 满 足 以 上 诸 多 要
收 稿 日期 ：２ １ — ９３ ；修 回 日期 ：２ １ － １０ ０ ００ ０ ０ １０ － ４ 项 目来 源 ：军 队 科 研 计 划 项 目
图 ２ 传 统柔 性 铰 链 放 大 机 构
求， 又能在 减小 单个 铰链 负载并 保证 输 出的 同时 ， 增
ｈｉ ｇｅ ｅ ｌ ｒ ｅ ．Ｔｈｅ ｄ ｆｅ ｅ ｅ ｅ ｗ ｅ ｎ ｔ ａ ｔｏ ｌｓｎｇ ｅ ｃ ｉ ｌ ｘ ｂ ｌ ｙ ｉ ｅ ｅ ｌ ｒ ｒ ａ ｄ ｄ — ｎ ｎａ ｇ ｒ ｉｆ ｒ ｎｃ ｓ ｂ ｔ ｅ ｒ ｄｉｉ ｎａ ｉ ｌ ｈ ｐ ｆｅ ｉ ｉｉ ｈ ｎｇ ｎ ａ ｇｅ ｎ ｅ ｔ ｃ ｓ ａ ｉ ｎ ｆｅ ｉ ｌｔ ｎｇ ｎ ａ ｇｅ ｒ ｏｍ ｐａ ｅ ｙ ｓｍ ｕ ａ ｉ Ｎ Ａ Ｓ Ｓ ｓ ｆｗ ａ ｅ Ｔ ｈｅ ｘ— ｕ ｓ ｔｏ ｌ ｘ ｂｉｉｙ ｈｉ ｅ ｅ ｌ ｒ ｒ ｗｅ ｅ ｃ ｒ ｄ ｂ ｉ ｌ ｔｎｇ ｏｆ Ａ Ｙ ｏｔ ｒ ． ｅ ｐ ｒｍ ｅ ｔ ｐ ｏｖ ｓ ｔ ｍ ｕｌｔ ｒ ｉ ｏ ｒ ｃ ， ｎｄ ｔ ｅ ａ ａ ｔ ｇ ｌ ｘｉ ｉｉｙ ｈ ｎｇ ｎｌｒ ｒ ｅ ｉ ｎ ｒ ｅ ｈｅ ｅ ａ ｏ ｓ ｃ ｒ ｅ ｔ ａ ｈ ｄｖ ｎ ａ ｅ ｏｆｆｅ ｂ ｌｔ ｉ ｅ ｅ ａ ｇｅ ． Ｋｅ ｒ ｓ： ｅ ｕｓ ａ ｉ ｎ ｆｅ ｉ ｌｔ ｉ ｅ ｅ ａ ｇ ｒ ｍ ａ ｉｙ ａ ｌｔ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍ ｅ ｏ ｉ ｇ ｙ ｗｏ ｄ ｄ ｃ ｓ ｔｏ ｌ ｘ ｂｉ ｙ ｈ ｎｇ ｎｌｒ ｅ ； ｇｎ ｆ ｂｉｉｙ； ｉ ｐ ａ ｅ ｉ ｎｔｌ ｓ ｎ
分别 对式 （ ） （ ） 行 积分 ， 出 ， ２一 ４进 得 Ｙ和 ｚ三
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式 中 ： ． ｙ ｙ ，。 分别 为输入 位移 和输 出位 移 ；， 分 别 ｚｚ 为杠 杆输入 臂长 和输 出臂长 。
ｄ ｚ，
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１ ２ 柔性 铰链放 大机 构 的位 移损 失 ．
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形 、 铰链 的 ｚ， ， 向变形 以及结 构 反 力均 会造 成 各 Ｙ
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从理 论上 讲 ， 机 构 中应尽 量 避 免 柔性 铰 链 的 在 各 个方 向的位 移损失 。但在 传 统单 片柔性 铰链放 大 机构 中 ， Ｙ和 三 个 方 向的 位 移损 失都 是 不 可避 ｚ，
了 微位 移放 大机 构 中考 虑到 放大机 构较 大 的内部
第 ２ 期
何 忠 波 等 ： 型 十 字 交 叉 柔 性 铰链 放 大 机 构 研 究 新
３ ３
析 ， 用 ＡＮＳ 利 ＹＳ有 限 元 软 件 对 所 设 计 柔 性 铰 链 微
位移 放 大 机 构 进 行 相 关 仿 真 计 算 。 首 先 ， 用 利 Ｓ ｌ ｗｏｋ 软 件对放 大机 构 建 模 ， 导 入 ＡＮＳ ， ｏｉ ｒ ｓ ｄ 并 ＹＳ 用 ＡＮＳ ＹＳ所 提供 的 Ｓ ｌ ０ ｏ ｅ１ ６单 元 对两 种 ｏｉ ２ ｎ ｄ ８ ｄ
柔性铰 链放 大机构 依靠 铰链 的弹性 变形来 完成 位移 的放大 和力 的传 递 ， 中转 角是 影 响 其放 大 能 其
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＝
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铀 ｃ 心㈣ ，
（） ６
在柔 性 铰链 位 移放 大 机 构 中 ， 杆 件 的弹性 变 各
△ Ｊｄ （）ｘ— Ｉ ａ 口ｄＲｉ ） （） ｚ— Ｉ ｚｄ … （ （ｓ 。 ７ ） ｎ
放 大机 构 和笔 者 所 设 计 的 十字 交 叉 柔 性 铰 链 放 大 机 构 进 行 对 比 ， 过 实 验 验 证 了仿 真 的正 确 性 ， 明 笔 者 设 计 的 通 说
十 字交 叉 柔 性 铰 链 放 大 机 构 的优 越 性 。 关 键 词 ：十 字 交 叉 柔 性 铰 链 放 大 机 构 ；放 大 能 力 ；位 移 损 失
柔性 铰链是 一 种 特殊 的 高精 度 的放 大机 构 ， 利 用 材料 的可逆 弹性 变 形产 生 运 动 和传 递 运 动 ， 有 具 体 积小 、 动 间 隙小 、 摩擦 和分 辨 率 高 的 特 点ｌ 。 运 无 】 ］ 在 制造 、 宇航 、 物 和光学 工程 等领域 都得 到 了广泛 生 的应 用 ， 其是 在微位 移 、 尤 微定位 、 调整机 构 、 学 微 光 平 台和大 型天线 空 间展 开 机构等 许多 微机 械 中的应 用更 为突 出¨ 。圆弧形 柔性 铰链及 传统 单 片柔性 铰 ２ ］
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通 过后 处理 器 ， 柔 性 铰 链放 大机 构 的 放 大倍 数 进 对 行 分析 。已知两柔 性铰 链计 算得 理论 放大倍 数均 为
５８ 。 ． 倍
是 增加杠 杆 的宽度 ， 高杆件 的弯 曲刚度 ； 提 二是 减 的载荷 情况 下 ， 论 上 十字 交 叉 柔 性 铰链 放 大 机 构 理
柔 性 铰 链 微 位 移 放 大 机 构 进 行 进 行 网 格 划 分 。 十 字
图 ６ 杆 件 弯 曲 变 形 ， 意 图 下
交叉 柔性 铰链放 大机 构 网格划 分如 图 ８ 示 。在放 所
大 机 构 的位 移 输 入 面施 加 位 移 载 荷 ， 后 求 解 ， 后 然 最
反 力 ， 件 的 弯 曲 变 形 ， 么 这 种 杆 件 产 生 的 弯 曲 变 杆 那 形将 影 响到位 移 放 大效 果 。解 决 这个 问题 的办 法 ，
一
厂
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㈤
图 ４ 柔 性 铰 链 位 移放 大 原 理
式 中 ： （ 为微小 段 ｄ Ｊ ） ｚ的断 面对 ｚ轴 的惯 性矩 ； Ｇ
代 表材料 的剪 切弹 性模 量 。
（） １
根据杠 杆原 理 ， 性铰链 放大 倍数为 柔
ｎ— Ｙ 儿 ｙ 一 Ｚ／ ， 叭／ 。 ｌ
加 结 构 输 出 的 稳 定 性 ， 外 形 如 图 ３所 示 。这 是 对 其
作 者 简 介 ：何 患 波 （ ９ ８ ） 男 ，博 士 ，副 教 授 １ ６一 ，
传 统单 片柔 性铰链 放 大机构 的创 新改 进 。
３ ２
军 械 工 程 学 院 学 报
图 ３ 十 字 交 叉柔 性 铰 链 放 大 机构
小 机 构 的 内 部 反 力 。其 中 后 者 起 主 要 作 用 ， 同 样 在
（ ｐ ｒｍｅ ｔｏ ｔ ｌｒ ｇｎ ｅｉｇ， ｄ ａ ｃ ｎ ｉｅｒｎ ｌ ｇ ， ｈｊａｈ ａ ｇ ０ ０ ０ Ｃｈｎ ） Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＡｒｉｅ ｙＥｎ ｉｅ ｒ ｌ ｎ Ｏｒ ｎ ｎ ｅＥ ｇｎ ｅ ｉｇＣｏｌ ｅ Ｓ ｉ ｚ ｕ ｎ ５ ０ ３， ｉａ ｅ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈｅ ｐａ ｅ ｎａ ｙ ｅ ｔ ｅ ｔ ｏ ｙ， ａ ｉｙ ｎｇ ａｂ ｌｔ ｎｄ ｉｐｌ ｃ ｍｅ ｔ ｏ ｓ ｏｆ ｌ ｘｉ ｉｉｙ ｐ ｒ ａ ｌ ｓ ｓ ｈ ｈｅ ｒ ｍ ｇｎ ｆ ｉ ｉｉｙ ａ ｄ ｓ ａ ｅ ｎ ｌ ｓ ｆｅ ｂ ｌｔ
放 大 机 构 由 两个 铰 链 共 同 承 担 ， 十 字 交 叉 柔 性 铰 而
力学 结合 图 ５作 如下分 析 。 力偶矩 Ｍ。 ｚ轴 的角 变形 ａ 绕 是柔 性铰链 的重 要参 数ｌ ， 表达式 为 ４其 ］