柔性三角梁约束微纳测头的变刚度机理及力学特性分析

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微纳测头是微纳坐标测量机的核心部件,其刚度特性直接影响测量机整体性能。测量过程及测量对象的不同,均需要微纳测头具有不同的支撑刚度。目前,微纳测头及其支撑机构的研究主要集中于固定刚度,研究具有变刚度支撑的微纳测头结构具有重要的理论及实际意义。构造一种三角梁约束支撑的新型变刚度微纳测头。选取合适的测杆及测球结构,利用变极距式电容传感器构建位移测量系统以检测微纳测头的测量触发信号。基于柔顺机构的特点构造出一种新型柔顺导向机构,介绍并选取了一种合适的叠堆压电陶瓷以驱动新型柔顺导向机构,获得了约束梁所受轴向压力随叠堆压电陶瓷输出压电驱动力的数值关系,并利用有限元仿真工具对新型柔顺导向机构的模态频率、许用应力和疲劳失效等相关特性进行仿真分析。应用最小势能原理建立了约束支撑机构的理论刚度模型,基于该理论模型进一步获得了约束支撑机构达到各向同性刚度时所需的轴向压力大小以及约束梁发生失效时的临界屈曲载荷。给定约束支撑机构的尺寸参数,利用有限元仿真工具获得了约束梁支撑刚度随其所受轴向压力变化的刚度曲线。对比约束梁支撑刚度理论值和仿真值的大小,结果表明建立的理论刚度模型正确。应用正交试验法以减小约束支撑机构各向同性刚度为优化目标,选取最优的约束支撑机构尺寸参数,并对优化后约束支撑机构刚度达到各向同性时的模态、谐响应和瞬态响应特性等进行仿真分析。图41表7参80
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