二维微动工作台分析及其优化设计方法

设计了一种压电陶瓷驱动的二维微动工作台，采用结构力学理论建立了工作台的简化模型，并推导出工作台沿x、y方向刚度计算表达式。将工作台简化为2自由度弹簧一质点系统，得出其前二阶固有频率计算表达式。通过微动工作台固有频率及沿x、y方向刚度的试验测试，验证了解析法和有限元法用于微动工作台设计分析的可行性。采用有限元法，研究了微动工作台的直角平板柔性铰链特征参数对微动工作台性能的影响。有限元分析结果表明：当平板柔性铰链长度较小或铰链宽度较大时，其刚度、频率及驱动力较高，然而铰链根部应力集中也较严重。通过改变柔性铰链的特征参数，可达到控制和优化工作台固有频率、输出位移、应力分布及驱动力响应的目的，并提出一种优化设计微动工作台柔性铰链的简易方法。