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.     

微动并联机构柔性平板移动副求解

柔性关节的柔度是影响微动机器人机构整体机械性能的关键因素。基于一种二维平动并联微定位机构,应用卡氏第二定理建立了适于柔性平板移动副柔度的计算公式,分析了各柔度系数在其运动平面内随结构参数的变化规律,利用有限元验证了理论计算公式的正确性,并将其计算结果与传统计算方法所得结果进行了比较。该方法考虑了剪切变形的影响,理论计算精度得到了明显提高,为今后高精密微动机构的设计和精度分析提供了理论基础。     

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.     

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。     

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.     

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.     

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...     

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。     

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.     

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．     

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。     

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     

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.     

基于柔性铰链的像旋补偿机构设计与分析

针对空间相机系统的像旋问题,利用柔性铰链设计一种新型的像旋补偿机构,通过带动空间相机旋转进行像旋补偿;根据柔性单元的结构特性建立柔性单元的理论计算模型,通过有限元仿真,计算多组不同结构参数的柔性单元的变形,根据理论模型分析柔性单元变形与各结构参量的关系,最终确定柔性单元的几何参数,并对其进行有限元仿真.结果表明:仿真结...     

基于直角柔性铰链的微控平台动力学研究

目的设计一种基于直角柔性铰链的一维微控平台,用激光干涉仪进行微控平台位置的检测和传递位置信号实现位置上的闭环控制,从而实现大行程纳米级分辨率和定位精度要求.方法利用卡氏第二定理推导微控平台运动的柔度表达式,在此基础上进行不同柔性铰链的柔度对比,选取满足要求的柔性铰链,并设定其几何参数,通过计算选择合适的压电陶瓷驱动器,并利用有限元软件进行验证,建立了质量-阻尼-刚度动力学模型,对比不同阻尼下的微控平台的稳定状态,为选择提供预紧力的弹簧提供参考.结果直角柔性铰链的柔度最大,满足微控平台大位移量的要求.通过计算选择低压机械式封装压电陶瓷驱动器,具体型号为PST 150/4/20 VS9.在进行微控平台的封装时,设定弹簧阻尼在4 000 N/m,微控平台可以在很短的时间内趋于稳定,达到其优化的目的.结论新型一维微控平台能够实现稳定性定位,该设计思路为微控平台的设计提供了一种有效简明的设计步骤,为平台的优化设计提供了一种参考.     

广义圆锥倒角V型柔性铰链设计与分析

设计了一种新型的广义圆锥倒角V型柔性铰链,铰链切口由圆锥曲线及其切线构成,铰链具体类型包括抛物线倒角V型、椭圆倒角V型、双曲线倒角V型、抛物线型、椭圆弧型、双曲线型和直梁型.以极角θ作为变量推导此类柔性铰链的柔度方程.通过有限元分析和实验研究验证了理论模型的正确性和有效性.分析了设计参数对柔性铰链柔度的影响规律,结果表...     

基于LEMs的平面抗拉压柔性内铰链设计

针对平板折展(LET)柔性内铰链不适宜承受轴向拉力和压力的问题,提出了一种平面抗拉压柔性内铰链.首先,基于反演原则,设计了平面抗拉压柔性内铰链的外形结构;其次,推导了该柔性铰链的弯曲等效刚度与拉压等效刚度的闭式解析式,并用有限元软件对两个闭式解析式进行校验,分析结果显示封闭解与有限元结果的偏差分别小于1.76%和4.75%,从而验证了上述刚度闭式解析式的正确性;然后,利用转动轴心漂移量对平面抗拉压柔性内铰链的转动精度进行了分析;最后,将平面抗拉压柔性内铰链和LET柔性内铰链的各项性能进行比较.结果表明:在外形尺寸一致的情况下平面抗拉压柔性内铰链的弯曲刚度仅是LET柔性内铰链的1.19倍,而拉压刚度和转动轴心漂移量却分别为其19.15~27.70倍和88%;在弯曲刚度没有明显变化的前提下,平面抗拉压柔性内铰链的拉压刚度及转动精度均有显著提高.     

一种基于柔性铰链的三维振动装置的研究

基于光学功能元件的重要应用价值以及振动辅助加工在制备方面展现的巨大发展潜力,本文设计了一种三维振动装置,采用三运动轴彼此垂直独立的串联方案,选取了直梁型柔性铰链作为导向结构,压电驱动器为动力源,可以适应不同类型的振动加工要求,并借助柔度矩阵法与有限元建模对柔性铰链机构进行了静力学分析计算与模态分析.     

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．