龙 灿，王 勇

(合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽 合肥 230009)



差动式微力加载装置的结构设计与优化

龙 灿，王 勇

(合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽 合肥 230009)

为了在微力标定系统中实现微力稳定加载，设计了一种基于柔性铰链的等厚度对称差动式垂直微力加载装置。首先对装置的工作原理以及平衡性做了详细介绍；然后在对装置结构参数进行单因素分析后，选取一组参数进行正交试验及极差分析，得出结构参数对输出微力影响的主次关系和装置的较优参数组合；最后，对优化后的模型进行不同载荷分析，结果表明优化后的微力加载装置能够稳定地加载微力且具有良好的线性关系。

微力加载；微力标定；有限元分析；垂直微力

随着现代科学技术的高速发展，微力传感器在纳米技术、生物技术、精密机械工程和微机电系统(MEMS)等方面得到越来越广泛的应用[1]。虽然传统力传感器的标定方法成熟，操作简单，但对于所需标定力值很小的高精度微力传感器，尤其是标定所需力的量级要求是10-9～10-6N的微力传感器[2]，传统标定方法则不再适用。国内外现有的几种微力加载装置都无法稳定地加载微力。例如，砝码滑轮式[3]产生的微力受滑轮本身的摩擦、滑轮和细线之间的摩擦影响很大；安培力式[4]和通电线圈式[5]，易受地磁场及环境因素的影响且操作复杂；气体动态标定法[6]必须在真空环境中使用且过程敏感；悬臂梁变形式[7]方法操作要求高，且探针与悬臂梁的对准困难。……