二维无耦合微位移工作台的刚度计算与分析

文章针对一种无耦合的二维微位移工作台,推导了该工作台的刚度理论公式。首先给出了工作台的结构,推导了柔性铰链杆端点处的转角和位移;在此基础上推导了二维微位移工作台在x、y2个方向的刚度理论公式;最后采用有限元仿真计算值对刚度理论公式进行了验证。结果表明,刚度理论公式计算值与有限元仿真计算值的相对误差不超过该文给定参数范围的11.11%。     

柔性微抓取器的机构分析及设计优化

以实现对微小零件的装配为目标,通过对运用单轴柔性铰链位移放大机构的柔性微抓取器进行理论和有限元分析,指出柔性铰链的缺陷.在改进设计中提出并利用柔性梁替代柔性铰链作为抓取器的运动副.通过理论、有限元对改进后的柔性微抓取器进行分析,并通过实验证明了该抓取器的可行性.     

单自由度微位移机构柔性铰链的研究

采用正交试验法安排单自由度微位移机构柔性铰链的结构设计参数，运用有限元分析方法，建立该微位移机构的三维实体模型进行仿真计算，取得单自由度微位移机构对应于载荷的位移和应力数据，通过逐步回归分析法建立该微位移机构的位移和应力的数学模型，从而定量地分析柔性铰链结构参数对该微位移机构性能参数的影响．同时，由样机实测得到测量数据，验证了最优回归方程(数学模型)的计算结果．     

压电式微位移补偿机构

设计了一种压电式微位移补偿机构．采用压电陶瓷作为微位移驱动器，柔性铰链为导向机构，对传统电机驱动的丝杠螺母进给工作台运动位置进行自动补偿，实现了工作台二次精密定位．提高工作台的定位精度。设计的柔性铰链微位移放大器．可使工作台定位精度达0．01μm．满足许多精密、超精密加工场合需要。     

三自由度精密定位工作台的设计与运动学分析

针对精密柔性工作台多自由度高精度运动的需求,设计了一种采用柔性并联构型和压电陶瓷驱动的三自由度定位平台,通过建立的伪刚体模型进行运动学正解分析,并引入修正系数消除长杆柔性及柔性铰链中心偏移对工作台位移输出的影响,进一步提高了所建数学模型的精确度.利用有限元分析工具仿真了所设计的定位工作台的性能,确定了该工作台的修正系数矩阵,最终仿真试验验证了所建运动学模型的正确性.     

基于压电陶瓷的光学微扫描器及其有限元分析

研究基于压电陶瓷和柔性铰链的光学微扫描器及其放大机构的位移放大原理,分析单轴圆弧型柔性铰链性能,利用有限元方法对光学微扫描器的柔性铰链放大机构进行仿真.结果表明:柔性铰链的最小厚度值为圆弧半径的2倍时,微扫描器位移放大结构达到稳定位移,放大机构的放大率提高到压电陶瓷驱动位移的3.25倍,进一步验证了放大机构设计的合理性.     

柔性铰链三维测头的设计及力学特性分析

为了提高三维测头集成度和测量精度,设计了一种基于柔性铰链的整体式三维测头机构.通过分析柔性铰链机构和其力学特性,建立了柔性铰链机构转角与受外力作用之间的关系.在计算柔性铰链转角的基础上,给出了柔性铰链的弹性系数k的数学表达式.由理论分析可知,测头受力F和工作台位移δ呈线性关系,从理论上保证了测量精度.     

一种新型微位移放大机构设计与特性分析

基于柔性铰链的传导性,运用杠杆原理设计了一种全对称结构的二级微位移放大机构,该机构具有无附加方向上位移及运动精确等优点.建立了微位移放大机构的仿真模型和运动学模型,给出了工作原理;根据机构学原理推导出了机构位移放大比,运用ANSYS13.0对该机构进行有限元仿真,得出了实际输出位移、放大比及该机构的固有频率.放大比误差为7.46%;误差分析主要原因为在理论模型中采取简化分析,忽略了柔性铰链伸长变形导致的中心偏移,并且假设了除去柔性铰链外,其他的部分全为刚性.本文研究为微位移放大机构的实际生产提供了理论依据.     

压电式微驱动器的应用研究

在分析常用微驱动器的基础上，设计了一种压电式微驱动器，采用柔性铰链机构实现无机械摩擦、无间隙的高灵敏度微驱动，利用柔性铰链杠杆放大原理增加了叠层式压电陶瓷位移输出．满足了在激光测量系统中作为移相器的工作要求．文章对柔性铰链机构进行了理论分析，建立了数学模型，采用有限元分析方法优化了机构的结构参数．     

单轴柔性铰链设计方法研究

针对微机电系统中常用单轴柔性铰链机构原始理论设计的复杂性 ,提出了简洁而准确的单轴柔性铰链设计计算方法。从基础理论出发推导出了柔性铰链刚度及转角设计公式 ,分析了柔性铰链设计中结构参数与性能的关系。通过一种压电驱动微动工作台设计实例分析了单轴柔性铰链机构在微机电系统中的应用。实践证明了该方法的简便、可靠与实效性     

新型微动工作台的设计与计算

文章设计了一种新型压电式双自由度微位移工作台,提出了一种采用直角双杆机构代替平行四杆机构实现双自由度运动的方法; 基于卡氏第二定理推导了新型工作台在不同方向上的输出刚度解析表达式,在此基础上推导出了工作台的前2阶固有频率;根据得到的输出刚度表达式,定量地分析了柔性铰链参数及连杆长度对工作台输出刚度的影响;同时针对3组不同尺寸参数的工作台,采用有限元法对其进行数值计算,并与理论计算比较,结果表明2种方法计算结果吻合很好,说明了理论模型的正确性.     

打通型双串联与三串联柔性铰链设计与性能比较

平面折展柔顺机构(lamina emergent mechanisms,LEMs)的重要组成部分之一是柔性铰链,因此设计新型的平面折展扭转铰链(lamina emergent torsional joint,LET)能够对其运动起到十分关键的作用.本文提出了一种打通型LET柔性铰链,设计了打通型双串联柔性铰链和打通型三串联柔性铰链的两种结构形式,分别推导出了两种铰链的弯曲等效刚度计算公式.通过对设计实例的理论分析与有限元分析,验证了等效刚度计算公式的正确性.将外形尺寸相同的打通型双串联、三串联柔性铰链与外LET铰链进行了弯曲以及拉压性能的对比,结果表明,打通型三串联LET柔性铰链在拉压性能下降不明显的情况下,能够较大幅度地提升弯曲性能.     

带铰平面梁元几何非线性有限元分析

针对梁端带铰的平面梁元几何非线性分析研究较少的情况,通过局部坐标系（随转坐标系）下的即时单元刚度矩阵,再基于结构坐标系与局部坐标系下杆端力及节点位移的总量关系及微分获得的增量关系,获得平面梁单元在大位移、小应变条件下的几何非线性单元切线刚度矩阵。研究结果表明：将局部坐标系下的刚度矩阵建立在即时构形的参数上,更能反映状态变量的变化,在此基础上根据带铰梁端弯矩为0的受力特征,导出了能考虑梁端带铰的单元切线刚度矩阵表达式;通过对带铰的算例进行几何非线性分析,验证了所提出的表达式具有较强的实用价值。     

单轴对称型柔性铰链的有限元分析

对几种常用的单轴对称型柔性铰链的内部应力和转动柔度进行有限元分析比较,该方法分析了在柔性铰链最小厚度相同的情况下,切口形状和大小对柔性铰链的内部应力和转动柔度的影响,对微位移机构中柔性铰链的设计应用具有实际的数据参考价值。     

半刚性钢框架竖向跨间刚度计算

根据半刚性连接梁单元的转动刚度和传递系数,利用集体分配原理和反弯点法,推导了半刚性连接钢框架的竖向跨间刚度计算公式。实例计算结果表明:在节点连接刚度由刚接变为铰接的过程中,竖向跨间刚度逐渐减小且呈非线性变化;当节点连接为铰接时,竖向跨间刚度为零。文中公式计算结果与sap 2000有限元分析软件的计算结果相近,验证了该计算方法的可靠性。     

空间薄壁梁完全拉格朗日格式几何刚度矩阵

根据Timoshenko梁理论和Vlasov薄壁杆件理论,通过设置单元内部节点,对弯曲转角和翘曲角采取独立插值的方法,建立了可以考虑剪切变形、弯扭耦合和二次剪应力影响的空间薄壁截面梁几何非线性有限元模型。以拉格朗日格式描述几何非线性应变推得几何刚度矩阵.算例表明所建立模型具有良好的精度,适用于空间薄壁结构的几何非线性有限元分析.     

双轴柔性铰链转动柔度的计算与分析

利用力学和微积分基本公式推导了双轴柔性铰链转动柔度的一般设计计算公式.在此基础上得到了常用的直圆双轴柔性铰链转动柔度的设计计算公式.利用该公式定量地分析了柔性铰链参数对转角柔度的影响.同时针对多个不同尺寸的直圆双轴柔性铰链,采用推出的公式、Paros公式和有限元法进行计算,三种计算方法的结果吻合很好.由此说明了推出的计算公式的正确性和简洁性.     

基于刚度矩阵的空间变截面梁简化问题

为研究机床的静刚度特性,需要得到其各部件的单元刚度矩阵.机床部件的结构往往是不规则的,因此需要将其等效简化为等截面梁单元,才能得到其单元刚度矩阵.该文对任意变截面梁等效简化为等截面梁单元的问题进行了研究,从建立梁单元的单元刚度矩阵的需要出发,推导出了完整的简化方法.为了验证该简化方法的有效性,利用有限元分析软件ABAQUS 6.51对一个力学模型进行了分析,同时用上述的简化方法对该力学模型进行了计算.将两者的计算结果进行对比,相对偏差小于5%,因此可证明该简化方法在变截面梁等效简化为等截面梁单元时的有效性.