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柔顺机构因其特有的优越性,已逐渐成为微机电系统(MEMS)、航空航天、生物工程以及医疗器械等高精尖领域的重要组成部分,针对以柔顺机构为主要功能构件的微夹持器在实际工作过程中经常出现疲劳损伤、夹持精度不高和位移敏感度不达标等现象,本文提出一种将机构的应力疲劳考虑到柔顺机构的多质量特性稳健优化设计中去的新方法,从而在设计阶段保证产品的质量与可靠性。以某型号微夹持器作为研究对象展开如下工作:(1)对柔顺机构微夹持器进行多质量特性分析。首先,对微夹持器的质量特性波动问题和工作原理进行简要概述和剖析,并结合实际工况对材料的选择作出阐述;其次,运用静力学理论对机构的输出位移进行理论建模和仿真,运用模态分析理论对机构的固有频率进行理论建模和仿真,运用应力疲劳理论对机构理论建模,通过计算机仿真分析机构最易发生疲劳损伤的位置和程度;最后,将柔顺机构微夹持器的输出位移、一阶模态振型固有频率和薄弱处的最大等效应力作为后续稳健优化设计的三大质量特性。(2)针对在考虑应力疲劳的6σ多质量特性稳健优化过程中,由于设计参数众多而降低稳健优化效率的问题,通过采用基于Spearman秩相关系数对设计参数的灵敏度进行分析以完成对设计参数的初步筛选。采用PB(Plackett-Burman)部分因子试验设计法对微夹持器初始的设计参数进行试验方案设计,通过仿真获取相关数据,通过Spearman秩相关系数对设计参数展开灵敏度分析,筛选出了对三大质量特性较为敏感的设计参数。为后续高效进行多质量特性稳健优化设计奠基。(3)对柔顺机构微夹持器进行考虑应力疲劳的6σ多质量特性稳健优化设计。首先,对筛选后的设计参数实施中心复合试验设计(CCD),运用基于人工神经网络算法的响应曲面法对设计参数和质量特性进行函数关系拟合,并对数学模型进行精度检验;然后,分别建立柔顺机构微夹持器多质量特性的确定性优化设计模型和6σ稳健优化设计模型,将机构最易发生疲劳损伤处的最大等效应力考虑到模型的约束中;接着,采用NSGA-Ⅱ算法对模型进行多目标优化求解;最后,通过σ水平对两种模型进行优化效果评价,检验优化后三大质量特性的改善效果,最终实现对微夹持器多质量特性的稳健优化设计。