随着柔顺机构在精密测量、微定位平台、通讯工程、光学工程等高精尖领域中的广泛应用,柔顺机构的需求量日益扩大,与此同时其结构可靠性方面显露出来的问题不断增多,已经引起了柔顺机构的研究人员与工程人员的关注。在柔顺机构结构可靠性的研究与应用过程中,还面临着以下三个难题:一是由于柔顺机构结构复杂,设计变量众多,难以确定各变量与功能函数之间的关系;二是由于柔顺机构受材料、工艺、人员、环境等因素的干扰,使关键设计变量的值出现波动的现象,从而难以确定其结构可靠性及灵敏度,无法对柔顺机构的质量特性进行科学的评价;三是难以提升柔顺机构的结构可靠性与稳健性。针对以上三个难题,本文以倒圆角直梁型柔性铰链为研究载体,提出了面向柔顺机构复杂结构的可靠性灵敏度设计及可靠性稳健设计方法,主要工作如下:(1)针对柔性铰链的设计变量与响应目标的关系为隐性的难题,通过响应面法与有限元仿真相结合构造近似模型。首先分析柔性铰链的工作原理,从而确定对柔性铰链可靠性影响显著的设计变量;其次通过响应面试验设计安排试验,并采用有限元仿真技术获取试验结果,来获取柔性铰链建模所需要的数据;再通过响应面法构造柔性铰链的近似模型;最后对其进行精度检验,从而确定柔性铰链设计变量与最大应力的模型。(2)针对柔顺机构的可靠度与可靠性灵敏度难以确定的难题,基于应力-强度干涉理论构造柔性铰链的功能函数,在此基础上采用中心点法进行可靠性与灵敏度设计,为保证结果的准确性,通过与验算点法、蒙特卡罗法进行对比,结果表明,三种方法的结果基本相同,说明可靠性及灵敏度设计的正确性。(3)针对柔顺机构结构可靠性低,难以满足工程实际需求的问题,对柔性铰链进行可靠性稳健设计。构造了柔性铰链可靠性稳健设计模型,模型中以柔性铰链的许用可靠度和设计变量的边界为约束,以柔性铰链的质量和可靠性灵敏度为目标函数,使目标函数的值尽可能小,通过此方法有效地降低设计变量对可靠性的敏感程度,在可靠性满足工程需求的同时,提升柔性铰链对设计变量波动的抵抗能力,使性能更稳健。