题目：模块化柔性精密直线运动机构的设计与实验

柔性机构利用材料的变形来传递运动、力和能量。其中柔性直线运动机构具有典型的应用背景。为了实现高精度的直线运动以及快速定位，对柔性直线运动机构的静态性能和动态性能同时提出了更高的要求。本文结合柔性机构的模块化设计理念和能量设计方法，构建了高精度大行程的柔性直线运动构型，并对几何参数进行优化，最大限度的提升柔性直线运动机构的性能。为此，本文开展了以下研究： (1)分类总结了现有的典型柔性直线运动机构，介绍了各种柔性机构的运动方式和构造方法，并对各种构型的误差补偿机理和静态性能进行了讨论。 (2)针对降低柔性机构的刚度和增大行程，分别提出了两种可行的解决方案：降低刚度从而减小驱动力可利用簧片的轴向加载得到近似零刚度机构，柔性八杆机构可作为放大机构提高行程。 (3)利用能量法建立了多种大行程柔性直线运动机构的动力学模型，分析了固有频率特性。在此基础上对性能较好的构型进行几何参数优化，在保证行程和紧凑性的前提下尽可能的提高柔性机构的频率特性。最后对分析结果进行有限元仿真验证。 (4)对各种典型柔性直线运动机构的综合性能进行评价，分析各性能指标之间的制约关系。借助Ansys有限元分析软件，在最大行程、紧凑性相一致的前提下，对各柔性直线运动机构的寄生运动、应力集中和固有频率等特性进行对比和评价，并设计实验验证了理论模型和仿真的结果。 (5)针对应用，对大行程柔性直线运动机构的性能进行了优化，并分析了其可靠性特性。利用Ansys的APDL语言建立了柔性机构的梁单元参数化模型，根据实际需要，设定优化目标，对柔性机构的性能进行优化。另外Ansys的概率设计功能可以对实际加工过程中的各种不确定性进行分析，以确定机构的可靠性。