叠加式柔性铰链等效刚度的计算方法与4.2.4小节中的计算方法相同，综合考虑强度、加工、寿命和尺寸等方面影响，驱动机构设置13对单层柔性铰链，箝位机构设置5对单层柔性铰链。计算得驱动柔性铰链的等效刚度k F1＝7.29×105 N／m，箝位柔性铰链的等效刚度k F2＝1.89×106 N／m，均小于GMM棒等效刚度（k G＝1.5×107 N／m）的25%，满足设计要求。
图5-6 箝位块摆动随偏离距离的变化规律
动子材料选用65Mn弹簧钢，对动子进行有限元分析，驱动GMM棒和箝位GMM棒都输出最大位移时，动子的应力分布如图5－7所示。从图5－7中可以看出，应力主要集中在单级柔性铰链的两端，箝位柔性铰链的最大应力略大于驱动柔性铰链，最大应力为87 MPa，小于65Mn弹簧钢的极限强度785 MPa。
图5-7 动子的应力分布
导轨保证动子在导向面间自由滑动，具有导向和限位作用。动子两端与导向面的配合精密情况直接影响了动子运动的稳定性。在实际工作中，由于存在机械加工和装配误差、柔性铰链两侧刚度差异、GMM棒的作用力不在中心线上等因素，箝位机构在运动时会产生左右和上下的摆动，导轨的两个导向面对摆动起到限制作用，保证箝位动作的稳定性。导轨主要起导向作用，其两个导向面的平行度对动子运动的稳定性也有一定的影响。另外，箝位机构箝紧时，导轨也会产生受力弯曲变形，在有限元软件COMSOL中对导轨进行仿真模拟，设定GMM棒输出力为50 N，导轨的受力弯曲变形如图5－8所示。从图5－8中可以看出，导轨受力产生弯曲变形，但形变很小，最大弯曲处的位移为6.3×10－4 mm，仅为GMM棒伸长量的1.85%。(www.xing528.com)
图5-8 导轨的受力弯曲变形
致动器工作时，驱动机构和箝位机构交替伸缩振动，为避免产生共振现象，需要对动子进行模态分析来确定其谐振频率。动子的前四阶模态振型如图5－9所示，前四阶主要是柔性铰链部分不同方向上的形变，前四阶谐振频率分别为388 Hz、948 Hz、1 072 Hz、1 374 Hz。通过实验确定致动器的最大工作频率为150 Hz，未达到共振频率，符合设计要求。
图5-9 动子的前四阶模态振型
（a）一阶模态振型；（b）二阶模态振型；（c）三阶模态振型；（d）四阶模态振型
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