新型微纳测头刚度模型及变刚度特性分析

摘要

微纳测头是精密测量机的关键部件,其刚度特性直接影响坐标测量机的整体性能.基于压杆失稳原理,构造一种具有变刚度特性的新型微纳测头.利用压电装置驱动柔性机构变形以改变柔性支撑梁的轴向受力和横向刚度,从而改变约束支撑机构的整体刚度.综合考虑测头的刚度特性、结构稳定性和解耦性等因素,构造出基于十字交叉型悬臂梁支撑的变刚度微纳测头.利用最小势能原理构建微纳测头约束支撑机构的刚度模型,基于模型获得所需压电驱动力大小.通过有限元仿真得到测头刚度随压电驱动力变化的曲线.对比刚度理论计算值与仿真值,分别得到微纳测头约束支撑机构的轴向刚度及横向刚度的平均相对误差.仿真结果表明,建立的刚度理论模型具有较高的准确性.研究结果为该新型微纳测头的变刚度控制奠定了理论基础.