箝位机构的设计优化

箝位机构箝紧时作为固定端，解脱时转变为自由端输出位移，箝位机构的箝紧和解脱动作对箝位式致动器的稳定输出、负载能力和运动精度有一定的影响。理想的箝位机构要实现箝紧时箝紧力大、箝紧稳定，解脱时要彻底松开，箝位机构工作过程中不能对驱动机构的输出性能产生较大影响。

直线致动器箝位机构的主要作用是通过GMM棒的伸缩，实现与导轨的固定和解脱。为发挥GMM棒的最佳输出性能，需要对GMM棒施加一定的预压力，施加预压力后，箝位块和导轨的相对位置有三种状态，如图5－4所示。

图5-4　箝位块和导轨的位置关系

（a）不接触；（b）接触有压力；（c）接触无压力(www.xing528.com)

图5－4（a）是箝位块和导轨不接触有一定间隙，箝位块箝紧时，需要克服箝位柔性铰链一定的弹性变形，箝紧力变小，这会降低致动器的负载能力，而且会造成箝位块的摆动，影响致动器的稳定性。图5－4（b）是箝位块和导轨接触并产生压力P，这种情况箝位块解脱后，作为自由端移动时会产生摩擦力，也会降低致动器的输出力。图5－4（c）是箝位块和导轨刚好接触且不产生压力，既能最大程度的提供箝紧力，又不影响致动器的负载能力，而且导轨还能限制箝位块不产生摆动，是最理想的工作状态。由预压力和柔性铰链等效刚度k F可确定箝位机构和导轨的尺寸。

理想状态下，GMM棒安装在箝位机构的中心线上，箝位块在GMM棒的作用下沿着作用力方向运动，不产生摆动。但实际中，由于装配误差，GMM棒可能偏离箝位机构的中心线，箝位块运动时会产生摆动，如图5－5所示。箝位块的摆动会影响箝紧状态，对致动器的输出稳定性也会产生影响。

图5-5　GMM棒装配偏差对箝位状态的影响

GMM棒的安装位置偏离中心线时，由于对两侧柔性铰链的力臂不同，两侧柔性铰链的位移也不相同，偏离的距离越大，箝位块的摆动也越大。在有限元分析软件COMSOL中进行仿真模拟计算，箝位块摆动随偏离距离的变化规律如图5－6所示。从图5－6可以看出，偏离中心线的距离越大，箝位块的摆动也越大，当偏离距离为0.5 mm时，其摆动位移接近1×10－3 mm，达到了GMM棒伸长位移的6%。所以在装配过程中应尽可能减小装配误差；另外，还应尽可能提高加工精度，确保两侧柔性铰链的刚度相同，尽量提高两条导轨的平行度，减小箝位块的摆动。