柔性铰链微夹持机构的位移放大倍数计算

《西安交通大学学报》2004年第5期发表的《柔性铰链微夹持机构的研究》一文中，对所设计的柔性铰链微夹持机构进行了研究，由于理论计算中将柔性铰链视为理想铰链，导致计算的位移放大倍数与实验数据存在很大的出入实际上只需用材料力学的基本理论以及文献[1]给出的柔性铰链计算公式，即可准确地计算出该夹持机构的放大倍数，具体分析如下。     

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.     

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．     

柔性铰链微夹持机构的研究

在研究柔性铰链的基础上，介绍了平面柔性铰链微夹持机构的设计与制作，并对此进行了张合实验．利用解析法和实验，分别得出了平面柔性铰链夹持机构的放大倍数和总张合量．通过调整杠杆机构各个臂长之间的关系，就可以改变微夹持机构的放大倍数和输出的大小，夹持部分的张和量是输入位移的96倍。研究结果表明，平面柔性铰链微夹持机构的输入和输出位移具有良好的线性度，放大倍数可以根据需要进行调整．采用压电陶瓷作为动力组件，通过对压电陶瓷施加电压的调节来精确控制其张合量的大小，可用于对微型零件的操作，因此具有精度高、易控制、性能稳定的优点，可集成于微型装配系统中，并具有广阔的应用前景．     

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     

全柔性机构中柔性运动副的结构型式与应用

介绍了柔性机构的分类、构成；叙述了柔性机构特别是全柔性机构的特点．柔性运动副是组成柔性机构的关键元素，对它的研究是研究柔性微动机构的基础．因此重点介绍了柔性运动副的研究现状，特别对柔性转动副——交叉杆式柔性铰链、裂筒式柔性铰链、悬臂梁式柔性铰链等的结构、特点、应用进行了较详细的说明．并且对柔性运动副研究中目前期待解决的关键问题，以及在柔性机柚中的应用前景进行了叙述．     

3-RRC全柔性机构中柔性铰链刚度矩阵建立

全柔性机构中柔性铰链单元刚度矩阵的建立是进行全柔性机构分析的基础．以3～RRC全柔性并联机构中出现的柔性铰链为例，介绍其结构型式并建立力学模型．采用差分法和复化抛物形求积方法分别得出了变截面柔性铰链单元上所受外力与端部变形之间的关系．通过矩阵位移法建立柔性铰链单元拉弯组合变形的刚度方程，并借助变形体内力分析和拉弯组合变形时单元刚度矩阵的特点，得出柔性铰链刚度矩阵的各个元素，为全柔性机构的运动学、动力学分析提供了方便．     

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。     

压电谐波电机单级杠杆式位移放大机构的有限元分析

压电谐波电机是一种利用压电陶瓷驱动器、位移放大机构以及控制系统代替传统的波发生器的新型谐波电机.利用ANSYS软件对压电驱动器的单级杠杆式弹性铰链位移放大机构进行了有限元分析,得到了放大机构的变形及应力图,分析了影响位移放大倍数的因素以及改进措施.     

基于类桁架连续体的柔性机构拓扑优化设计

以各向异性类桁架连续体为材料模型,以材料在结点位置的密度和主轴方向作为设计变量.结点在指定方向的位移为目标函数,根据有限元分析得到的应力应变场,采用优化准则法优化材料分布形成类桁架连续体.在微机电系统中可直接用各向同性材料,还可通过引入微小间隙使各向同性材料具有方向性.因材料在设计域内是连续分布的,不需要抑制中间密度,避免了其他拓扑优化方法中普遍存在的棋盘格现象、网格依赖性以及局部极值等数值不稳定问题.提供几个算例,并和已有结果进行比较,说明了此方法的有效性.     

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。     

整体式柔性机构的结构拓扑优化设计

基于变密度法和优化准则法,推导并建立了柔性机构的结构拓扑优化设计的设计变量迭代格式．以机构的机械增益为优化的目标函数,利用连续体的结构拓扑优化技术建立了的柔性机构设计的数学模型．通过人工弹簧模型和虚拟载荷法描述柔性机构设计的目标函数,采用伴随敏度分析法进行了敏度分析．以柔性夹钳作为设计实例,证明了所研究方法的有效性,用快速成型技术验证了柔性机构概念设计阶段的合理性．     

柔顺机构的机械效益

用能量法详细推导了单输入单输出柔顺机构的机械效益的计算公式 ,并根据不同的边界条件 ,对该公式的使用提出了明确的意见 ;同时还提出了单输入双输出和双输入单输出柔顺机构的机械效益的概念 ;最后还建立了以柔顺机构的机械效益为目标函数的约束最优化设计的数学模型 图 3,参 5     

柔性电热镍微夹钳结构设计及加工测试研究

把柔性机构的设计方法--伪刚体法应用于柔性微夹钳的设计中,得到一种新结构形式的电热微夹钳,用UV-LIGA方法进行加工制作,并进行动态性能测试. 从对称的平面十杆刚性机构得到其伪刚体模型,对伪刚体模型进行优化并柔性化得到放大20倍的柔性微夹钳钳体,通过仿真验证了设计的正确性和可靠性. V形电热驱动器与柔性钳体集成到一起,形成柔性电热微夹钳. 用SU-8胶做电铸铸模,钛和二氧化硅做牺牲层,铜做种子层,在氨基磺酸镍电铸液中进行电铸,加工出最小特征尺寸10 μm,厚度30 μm的电热镍微夹钳. 最后对制作的微夹钳在0～1.5 V直流电压下进行动态测试,夹持端位移最大可达24 μm.     

大行程微点胶机构的设计与分析

针对传统点胶系统精度低、点胶速度慢等问题,采用柔性机构设计了基于压电陶瓷驱动的一体化微点胶机构。为补偿压电陶瓷驱动器的行程,采用三级混合放大机构,并分析了位移放大倍数的理论值,得到了机构的位移行程。应用拉格朗日定理对机构的刚度建模,求解理论刚度值,得到了机构的固有频率解析表达式。有限元仿真结果表明,机构放大倍数和刚度的理论值与仿真结果的相对误差分别为8.5%和7.2%,验证了理论模型的正确性。该机构为微量液体自动分配系统的设计提供了一定的思路与技术支持。     

梳齿形柔性铰链的设计与分析

提出了一种基于平面折展机构的梳齿形状的新型柔性铰链,设计了该铰链的结构形式,并对其进行了分析,推导出该结构形式铰链的弯曲等效刚度计算公式.通过设计实例的理论计算和有限元仿真分析,验证了计算公式和仿真模型的正确性,同时也验证了新型铰链的弯曲等效刚度在较大角位移下仍能保持良好的线性.对设计实例的强度进行了校核,在铰链达到最大角位移时具有较大的安全系数,并对设计实例的扭转等效刚度进行了仿真分析.最后,将设计实例的弯曲等效刚度与文献给出的IT-LEJ及LET铰链的弯曲等效刚度进行了比较.     

混凝土框架结构位移延性与柱曲率延性关系

基于国内多层混凝土框架结构的试验数据,建立混凝土框架柱曲率延性与结构整体位移延性需求的定量关系。收集国内32组梁铰屈服机制和破坏机制为主的多层混凝土框架结构系统延性系数和相应楼层位移延性系数的试验数据,分析试验数据的统计特性;通过经典解析关系由楼层位移延性系数得到框架柱曲率延性系数,并建立了框架柱曲率延性与结构系统延性的函数关系。拟合的幂函数模型与样本试验数据的相关系数R=0.775,非线性数值算例结果表明建立函数模型能够指导混凝土框架柱单元的最大延性控制设计。     

注气体积和轻质油藏空气驱机制的关系探讨

通过细长管、填砂管氧化和驱替等一系列室内试验以及绝热条件下注空气过程的数值模拟研究注空气体积及不同注气阶段和轻质油藏注空气驱油机制的关系。根据试验和数值模拟分析结果,与其他气驱过程比较,给出典型轻质油藏空气驱替试验可能取得的原油采收率与注气体积关系理论曲线。结果表明,轻质油藏在不同注气体积条件下具有不同的驱油机制:注气体积小于0.5Vp(Vp为孔隙体积)即气体突破之前,烟道气驱为主要的驱油机制,驱油过程为一非混相气驱过程;注气体积大于0.5Vp即气体突破之后,烟道气和高温反应带共同作用的驱替作用表现为其主要机制;当反应带逐步推进至接近产出端时,反应带的热效应有可能成为重要的驱油机制。     

土的结构性参数与强度的关系及其在边坡稳定分析中的应用

在合理评价土结构性变化规律的基础上,建立结构性参数与强度之间的关系,进而基于强度折减法对边坡的稳定性进行分析。研究结果表明:结构性参数与凝聚力呈近似的双曲线变化规律,而内摩擦角基本不变;当结构性参数为1时(正常固结土),凝聚力为0;边坡的稳定性与结构性参数密切相关;当强度折减系数达到一定值时,在滑动面附近结构性参数显著减小,并形成一个贯穿区域,此时,折减系数即为边坡的安全系数,贯彻区域即为临界滑动面。