平面柔性铰链机构的柔度计算方法

作为一种高精度的微动机构,柔性铰链机构已经在多个工业领域得到应用。该文针对平面柔性铰链机构,对机构设计中柔度计算方法进行了研究。在分析了一般柔性铰链的柔度计算方法的基础上,利用虚功原理,推导出单个铰链的变形/受力相较于整个机构的变形/受力的关系;利用矩阵分析方法,结合串联机构和并联机构的单元与终端的变形/受力的互逆形式的传递规律,分别获得了简洁的串并联柔性铰链机构的柔度计算公式。针对3种典型的串并联柔性铰链机构,进行了柔度计算和不同机构参数与各方向柔度关系的分析,并利用经典的有限元法进行了对比仿真实验。实验结果表明:该方法的计算结果与有限元法最大相差7%,平均相差3%。这表明该方法能够为平面柔性铰链机构的设计和结构优化提供参考。     

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.     

双曲余弦曲线轮廓柔性关节的设计与分析

基于弹性力学中的应变能理论和卡式第二位移最小定理,推导出了利用双曲余弦曲线轮廓设计的单轴平面微动关节在平面内3个自由度微运动中的柔度解析表达式.在此基础上将各方向柔度变化规律与目前广泛应用于柔性机构设计中的半圆弧曲线平面微动关节的对应规律进行比较,揭示了这种类型微动关节在柔性机构设计中一些有用性能,如不存在变形耦合,且柔度随关节尺寸变化较为稳定.     

不完全分布柔度的全柔性机构的研究

针对介于具有集中柔度和具有分布柔度之间的全柔性机构,提出了第三类具有不完全分布柔度的全柔性机构的概念,并定义了其特征尺寸比值,根据这类全柔性机构的特点,提出在用伪刚体模型分析具有集中柔度全柔性机构的基础上,考虑构件弹性变形的分析方法.实例计算结果表明了该方法的有效性.     

双轴直圆柔性铰链的柔度计算(英文)

柔性铰链具有体积小、无机械摩擦、无间隙、运动平稳无需润滑等特点,被广泛应用于多种仪器仪表中,获得了极高的精度和稳定性.柔性铰链设计的关键是柔度的计算.本文基于矩阵论、能量法、卡氏第二定理和微积分等知识推导出了双轴直圆柔性铰链设计的柔度计算公式;利用Visual C++6.0编制了其计算软件,通过修改几何参数,可以直观地看到用解析法所求得的各个柔度,便于双轴直圆柔性铰链几何参数的反复修改设计;运用有限元ANSYS11.0分析方法对计算公式进行了验证,结果表明本文推导的双轴直圆柔性铰链的柔度计算公式是正确的,可以用于实际双轴直圆柔性铰链的设计计算.     

空间3-DOF全柔性微动平台的设计与分析

本文设计了一种空间3-DOF全柔性微动平台并对其进行了有限元仿真分析.基于Kutzbach-Gr bler公式对机构的自由度进行了计算;采用桥式位移放大机构作为微位移的放大机构,使微动平台的运动空间进一步扩大,并对桥式微位移放大机构的放大比进行了理论计算与ANSYS有限元仿真分析,理论计算与仿真结果的误差为;对微动平台利用ANSYS workbench进行仿真分析,其误差为;研究结果为以后柔性微动平台的设计与制造起到了积极的指导作用.     

双轴柔性铰链柔度的设计计算

文章利用能量法推导了双轴柔性铰链柔度的系列设计计算公式,在此基础上得到了常用的直圆双轴柔性铰链柔度的设计计算公式.针对多个不同尺寸的双轴柔性铰链,采用推出的计算公式、J.M Paros公式进行计算,2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.     

典型柔性铰链精度性能的研究

柔性铰链是一种被广泛用于微动机器人的主要构件 ,其运动变形精度直接影响微动机器人的终端定位和操作的控制。由于传统理论方法无法准确分析特殊几何结构柔性铰链的精度性能 ,因此采用有限元技术对 3种典型柔性铰运动变形进行了系统的研究 ,并将模拟结果与传统理论的分析结果进行了比较 ,分析了在加载条件下不同几何参数对 3种柔性铰功能方向和非功能方向精度性能的影响 ,给出特殊情况下柔性铰优化设计的准则     

新型混合柔性铰链的设计计算与参数优化

为满足微纳驱动技术快速发展对大柔度柔性铰链的迫切需求,在传统对称切口柔性铰链的基础上,提出了一类基于摆线和椭圆混合切口的新型混合柔性铰链及其优化设计方法.首先,根据材料力学悬臂梁弯曲变形和拉伸变形理论,推导了转动柔度和拉伸柔度的计算公式,考虑弯曲变形的应力集中现象,推导了最大应力的计算公式,通过有限元仿真验证了计算公式的正确性.然后,讨论了结构参数对转动柔度、拉伸柔度和最大应力的影响,研究表明,转动柔度和拉伸柔度随参数的变化具有一致性,都与弹性模量、宽度和最小厚度成正比,与拱高参数成反比;最大应力随宽度、最小厚度和拱高参数的增大而减小.最后,以结构参数为优化设计变量,以柔度比为优化目标函数,考虑几何约束、强度约束和外部载荷,建立了新型混合柔性铰链的优化设计模型,并通过实例分析,验证了新型混合柔性铰链的优越性及优化设计方法的有效性.     

椭圆型柔性铰链闭式扭转柔度研究

针对变矩形截面梁扭转柔度难以解析求解问题,基于矩形截面梁扭转柔度公式及利用微分和积分思想,采用非线性曲线拟合方法得到了可用于推导变矩形截面梁闭式扭转柔度的设计公式,解决了变矩形截面梁扭转柔度不可积或可积情况下精度较低的问题,并用于解析推导椭圆型柔性铰链闭式扭转柔度公式.通过数值算例和有限元对闭式解析结果进行验证,并分析了结构参数对柔性铰链扭转柔度的影响,结果表明:闭式解与数值解结果一致,与有限元结果相比相对误差小于7.5%,且当铰链宽度和最小槽口厚度较小时对扭转柔度的影响较大,从而为变矩形截面柔性铰链受扭转力矩时的尺寸优化及结构设计奠定理论基础.     

柔性铰链四杆机构变形分析及仿真

柔性铰链四杆机构在精密机械中的应用日益广泛。采用伪刚体模型法对具有集中柔度的全柔性铰链四杆机构进行了分析,得出了外载荷与转角的一般计算公式。给出了计算实例,并与有限元软件ANSYS仿真结果进行了对比,误差在3%左右,验证了该分析方法的有效性。最后也得出了外载荷与危险点应力成正比的关系。     

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。     

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     

基于等效耦合刚度的平面折展滑块机构分析

柔性铰链是实现平面折展柔顺机构运动的关键部分。如何设计得到柔度好、精度高的柔性铰链一直是柔顺机构研究的关键问题。综合考虑影响平面折展机构铰链刚度和精度特性的等效弯扭及拉压刚度,以LET铰链为例,分析在不同载荷下各个参数对弯扭与拉压等效耦合刚度的影响趋势,从而提出弯扭与拉压等效耦合刚度的概念。通过大量的实例计算和分析,推导出LET铰链弯扭与拉压等效耦合刚度的经验公式。基于等效耦合刚度经验公式,对平面折展柔顺滑块机构进行分析。应用等效耦合刚度公式与不应用等效耦合刚度公式两种情况的分析结果和有限元仿真结果表明,应用等效耦合刚度经验公式的滑块位移计算精度得到很大的提高,验证了等效耦合刚度经验公式的适用性。     

柔性曲柄摇杆机构的动力学分析及实验研究

针对柔性四杆机构中的曲柄摇杆机构，运用有限元方法建立了机构的瞬时动力学模型；采用运动弹性动力简化方法对该时变参数动力学问题进行了分析，并将考虑连杆和摇杆柔性时的计算结果和刚性计算结果进行了对比，定性地给出了影响理论计算精度的一些主要因素．通过对相同材料、结构所进行的实验，验证了理论建模过程的可行性和动力学分析结果的正确性．研究结果表明：当转速较低时，连杆和摇杆的柔性较小，利用运动弹性动力学简化方法所得响应的精度较高；当转速较高时，连杆和摇杆的柔性较大，利用此方法所得响应与实验值的偏差很大，这时若要得到较精确的计算结果，就需要在建模时考虑刚弹耦合的影响及连杆销轴间隙、运动副黏性摩擦等因素．     

平面单轴柔性关节的力传递关系

采用变形叠加方法分析了柔性微动关节的受力(矩)变形位移过程,推导了柔性关节两端广义力传递的矩阵变换.以对称半圆弧曲线柔性关节为例进行分析,并与以往采用伪刚体方法进行运动学建模的分析结果相比较,其结果与有限元分析结果更接近,从而大大提高了模型精度.     

二维超精密定位系统设计与仿真

在分析对比了两种典型柔性铰链机构运动特性的基础上,设计了一种无耦合位移、应力集中低的改进复合双平行四杆机构,并用该机构构成了微动系统。微动系统理论分析与有限元仿真的结果表明,该微动系统的设计达到要求。     

两类柔性微动直线导轨的刚度特性

分析了两类柔性微动直线导轨的结构特点,提出一种以刚度比指标来综合衡量柔性微动直线导轨导向性能的方法。基于C astig liano(位移)第二定理推导了计算两类柔性微动直线导轨不同方向静刚度的解析表达式。对两类柔性微动直线导轨的设计实例进行分析,结果表明其中一种具有叠形支链的柔性微动直线导轨具有更好的导向性能。该文方法和结论可为柔性微动直线导轨的选型与设计提供参考。     

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.     

微动工作台中弹性导轨的设计计算

介绍了微动工作台中弹性板簧导轨的设计方法、特性误差的计算 ,重点叙述了载荷反对称布置的弹性导轨使微动台产生独立转动自由度的方法 .与以柔性铰链为主体的平面三自由度微动工作台相比 ,弹性板簧导轨式的微动工作台力学模型简单 ,无原理误差 ,从而提高了工作台的位移精度 ,避免工作台在各运动方向之间的耦合 .在板簧上粘贴应变片还可以测出微动台的位移 ,简化了测量系统 .