差動式微力加載裝置的結構設計與優化

龍 燦，王 勇

(合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽 合肥 230009)

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差動式微力加載裝置的結構設計與優化

龍 燦，王 勇

(合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽 合肥 230009)

為了在微力標定系統中實現微力穩定加載，設計了一種基于柔性鉸鏈的等厚度對稱差動式垂直微力加載裝置。首先對裝置的工作原理以及平衡性做了詳細介紹；然后在對裝置結構參數進行單因素分析后，選取一組參數進行正交試驗及極差分析，得出結構參數對輸出微力影響的主次關系和裝置的較優參數組合；最后，對優化后的模型進行不同載荷分析，結果表明優化后的微力加載裝置能夠穩定地加載微力且具有良好的線性關系。

微力加載；微力標定；有限元分析；垂直微力

隨著現代科學技術的高速發展，微力傳感器在納米技術、生物技術、精密機械工程和微機電系統(MEMS)等方面得到越來越廣泛的應用[1]。雖然傳統力傳感器的標定方法成熟，操作簡單，但對于所需標定力值很小的高精度微力傳感器，尤其是標定所需力的量級要求是10-9～10-6N的微力傳感器[2]，傳統標定方法則不再適用。國內外現有的幾種微力加載裝置都無法穩定地加載微力。例如，砝碼滑輪式[3]產生的微力受滑輪本身的摩擦、滑輪和細線之間的摩擦影響很大；安培力式[4]和通電線圈式[5]，易受地磁場及環境因素的影響且操作復雜；氣體動態標定法[6]必須在真空環境中使用且過程敏感；懸臂梁變形式[7]方法操作要求高，且探針與懸臂梁的對準困難?！?br>