2．2基于COSMOSWorks的支桿有限元分析
   
    動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍是由超磁致伸縮作動(dòng)器的伸縮量決定，從而獲得納米級(jí)的高精度運(yùn)動(dòng)．為了使動(dòng)平臺(tái)具有較好的動(dòng)態(tài)特性和較高的固有頻率，利用有限元分析軟件COSMOSWorks對(duì)支桿模型進(jìn)行頻率分析．COSMOSXpress僅支持對(duì)固態(tài)單實(shí)體零件的分析，不支持對(duì)裝配體、表面模型或多實(shí)體零件的分析．COSMOSWorks使用SRAC公司開(kāi)發(fā)的當(dāng)今世上最快的有限元分析算法--快速有限元算法(FFE)，能夠提供分析廣泛的分析工具去檢驗(yàn)和分析復(fù)雜零件和裝配體，包含COSMOSXpress在內(nèi)的更多高級(jí)分析功能．
   
    支桿由超磁致伸縮材料做成的作動(dòng)器及兩端的柔性球鉸構(gòu)成，用SolidWorks建立三維模型，如圖5所示，整個(gè)支桿模型用空間梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬．
   

    建立了有限元分析模型后，通過(guò)COS：MOSWorks分析支桿的固有頻率和振型，頻率數(shù)設(shè)置為5.前5階固有頻率見(jiàn)表一。
   
    3 整體剛度分析和安全校核
   
    3．1整體設(shè)計(jì)與裝配
   
    并聯(lián)微動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副是材料為尼龍，尺寸為t=1mm，r=3 mm的柔性球鉸；磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的最大行程為45ηm，最大輸出力為1 800 N，取每支桿上下端鉸鏈中心桿長(zhǎng)L為85mm；取上平臺(tái)直徑為120 mm，厚度為5 mm，下平臺(tái)直徑為200 mm．運(yùn)用SolidWorks建立三維模型后進(jìn)行裝配．
   
    并聯(lián)微動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由上下平臺(tái)、彈性支桿、柔性鉸鏈組成．將下平臺(tái)作為整個(gè)機(jī)構(gòu)的固定參考件，插入柔性鉸鏈、彈性支桿及上平臺(tái)時(shí)，均將其定義為相對(duì)于固定參考件的活動(dòng)零件．除"同軸"、"重合"、"相切"等基本操作外，還利用SolidWorks中的"干涉檢查"這一工具對(duì)6根支桿進(jìn)行干涉檢查．
   
    3．2 基于SolidWorks的整體有限元分析
   
    并聯(lián)微動(dòng)機(jī)構(gòu)希望其工作空間滿足以下要求：X軸最大行程≥士0．04 mm；Y軸最大行程≥±0．04 mm；Z軸最大行程≥±0．015 mm機(jī)構(gòu)在受到桿件驅(qū)動(dòng)，鉸鏈傳動(dòng)后產(chǎn)生相應(yīng)的變化，要確定這些變化對(duì)工作可靠性產(chǎn)生的影響，必須設(shè)定一個(gè)安全系數(shù)來(lái)界定．考慮零件的材料、工作的實(shí)際情況等因素，要求安全系數(shù)大于2．
   

    采用COSMOSworks進(jìn)行整體剛度分析和安全校核．有限元分析程序?qū)⒄麄€(gè)模型視為一個(gè)網(wǎng)狀物，這個(gè)網(wǎng)是由離散的相互連接在一起的單元構(gòu)成的．精確的有限元結(jié)果很大程度上依賴于網(wǎng)格的質(zhì)量．對(duì)于需要精確計(jì)算的局部位置，采用加密網(wǎng)格可以得到比較好的結(jié)果．柔性鉸鏈的最小厚度處容易發(fā)生應(yīng)力集中及疲勞折斷，在網(wǎng)格劃分時(shí)對(duì)此處進(jìn)行細(xì)分，整體有限元模型如圖6所示．
    
    COSMOSworks除了以圖解的形式表達(dá)有限元結(jié)果，還可以將結(jié)果以數(shù)值的形式表示．動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)結(jié)果如表2所示，同時(shí)還可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的剛度和安全系數(shù)．
   

    由分析結(jié)果可知，X軸最大運(yùn)動(dòng)范圍為±0．054 mm；Y軸最大運(yùn)動(dòng)范圍為±0．057 mm；Z軸最大運(yùn)動(dòng)范圍為±0．017mm，均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)．并聯(lián)微動(dòng)機(jī)構(gòu)的法向剛度遠(yuǎn)大于切向剛度，法向安全系數(shù)足夠大，雖然切向安全系數(shù)接近安全下限，整體工作在安全系數(shù)規(guī)定的范圍內(nèi)．
   

    4 結(jié)論
   
    在并聯(lián)微動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，采用柔性鉸鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)摩擦無(wú)間隙的傳動(dòng)，以6個(gè)支撐桿件的移動(dòng)副作為輸入，采用磁致伸縮作動(dòng)器作為支撐桿，同時(shí)作為驅(qū)動(dòng)元件．借助SolidWorks虛擬三維設(shè)計(jì)及裝配技術(shù)，能提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期．運(yùn)用其內(nèi)嵌的COSMOSXpress和COSMOSWorks有限元分析處理模塊對(duì)零部件和裝配體進(jìn)行分析，得到各種有用的參數(shù)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)改進(jìn)．