22、线性旋转电机柔性轴承与改进型Gough - Stewart平台设计

线性旋转电机柔性轴承与改进型Gough - Stewart平台设计

线性旋转电机柔性轴承设计

柔性轴承的自由度分析

在电机运行中，整个电机绕X轴和Y轴的旋转（θX和θY）总是独立于柔性轴承绕X轴和Y轴的旋转。基于分析，柔性轴承可实现4个自由度（DOF），即沿Z轴的平移（ΔZ）以及绕X、Y和Z轴的三个旋转（θX、θY和θZ），而沿X和Y轴的两个平移（ΔX和ΔY）必须受到约束，这样2自由度的线性旋转电机才能产生所需的运动。

柔性轴承的设计

设计灵感来源于现有的1自由度线性运动柔性机构和1自由度旋转运动柔性机构。线性运动柔性轴承由带有径向切口的薄板构成四个梁式柔性关节，其弯曲变形产生沿法向轴的线性运动；旋转运动柔性轴承由八个对称的梁式柔性关节组成，在外部扭矩作用下的弯曲变形产生绕中心轴的旋转运动。

本设计采用四腿结构构建柔性轴承，每条腿中线性柔性关节和旋转柔性关节串联连接，使得整个柔性轴承能够产生沿Z轴的平移ΔZ和绕Z轴的旋转θZ两个独立运动。该设计能在将安装到电机轴的柔性轴承中心获得这两个独立运动，因此一对这样的柔性轴承可用于支撑高精度2自由度线性旋转电机的动轴。

基于解析方法的刚度分析

基本原理

解析方法的基本原理是根据柔性关节的连接方式（串联或并联）综合结构各个方向的刚度。串联连接时，系统刚度是各柔性关节刚度之和；并联连接时，系统柔度（系统刚度的倒数）是各柔性关节柔度之和。对于复杂的柔性结构，可采用相关解析方法分析整个系统的刚度特性。由于该柔性轴承由梁式柔性关节构成，其刚度特性可基于标准悬臂梁的刚度矩阵推导。

材料与参数