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     

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.     

柔性铰链运动性能多目标优化设计

分析了表示柔性铰链运动性能的柔度矩阵.以影响其性能的关键因素即柔性铰链的结构参数为设计变量,提高柔性铰链的转动性能为目标,建立了其多目标优化模型,并给出了基于Powell内点惩罚函数法的直圆型柔性铰链优化设计实例;优化结果说明该方法的有效性和实用性.对优化前后柔性铰链的运动性能进行了分析比较;结果表明,当施加一确定力时,优化后柔性铰链的运动性能比优化前有了明显提高,达到了改善直圆型柔性铰链运动性能的目的.     

单轴圆弧型柔性铰链制造误差对刚度性能的影响

为了减小柔性铰链性能对制造误差的敏感性,应用多变量函数T ay lor级数展开的方法,建立了单轴圆弧型柔性铰链制造误差与其性能的线性误差传递函数。分析结果显示,柔性铰链性能对最小铰链厚度t的制造误差最敏感,其次是铰链圆弧半径R和铰链厚度b,铰链宽度h的影响最小。在制造中,t应采取较高精度的加工方法,R和b在合理范围内分别应取较小值和较大值。     

单轴圆弧型柔性铰链制造误差对刚度性能的影响

为了减小柔性铰链性能对制造误差的敏感性,应用多变量函数Taylor级数展开的方法,建立了单轴圆弧型柔性铰链制造误差与其性能的线性误差传递函数。分析结果显示,柔性铰链性能对最小铰链厚度t的制造误差最敏感,其次是铰链圆弧半径R和铰链厚度b,铰链宽度h的影响最小。在制造中,t应采取较高精度的加工方法,R和b在合理范围内分别应取较小值和较大值。     

微定位器中柔性铰链结构的有限元分析及改进

微定位器是微机械系统精密加工、纳米技术的重要组成部分,柔性铰链结构则是微定位器的核心部件。利用有限元分析软件ANSYS,对两种常见铰链进行了分析,研究了其几何参数对结构的刚度、运动方向精度的影响;证明了在微动范围内,柔性铰链结构的刚度不随输出点的线位移的大小变化而变化,是常数,且刚度与结构的运动方向精度不成简单的线性关系。在此基础上,提出一种改进型柔性铰链结构,各项性能指标得到了改善。     

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。     

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.     

单向平动微位移工作台的静刚度分析

文章根据梁单元有限元法,把柔性铰链视为变截面梁单元,建立了柔性铰链的单元刚度矩阵;在此基础上,建立了单向平动微位移工作台的有限元计算模型,得到了微位移工作台的位移输出特性;同时,选取不同的柔性铰链参数,用有限元分析软件对微位移工作台进行分析计算并与理论计算进行比较,结果表明2种方法计算的结果相吻合,验证了理论模型的正确...     

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。     

基于区间有限元的吊梁非概率可靠性研究及敏感性分析

为了满足吊梁可靠性设计的要求,需要考虑设计参数的不确定性对结构响应的影响.首先结合区间有限元法,对吊梁的不确定性用区间进行描述,建立有限元控制方程,针对控制方程中系数存在不确定性,利用－阶泰勒展开法对其进行求解,获得结构响应区间:其次,分析吊梁的可靠性验算,建立不同失效模式下的极限状态函数,基于非概率可靠性计算方法,得到吊梁的非概率可靠性指标:最后,对区间敏感因子进行定义,分析设计参数在区间内变化对结构响应的敏感程度,通过实例验证.研究结果表明:本文方法的合理性与可行性,并具有一定的工程参考价值.     

微小型机器人的新型步行机构--柔铰五杆机构

基于微小机械设计的一体化思想，通过分析五杆机构在小范围运动状态下近似线性的传动特性，把平面多自由度的闭链五杆机构和易于实现尺寸生小型化的柔性铰链结合在一起，提出了一种柔铰五杆机构。给出了这一机构的设计理论和方法，并应用到微小机器人的步行机构上，对其进行了仿真验证。结果表明，这一步行机构是可行的。     

钢筋混凝土压弯构件塑性铰的试验研究

本文进行了27根钢筋混凝土压弯构件的试验,研究了轴压比、剪跨比和配筋率对塑性铰性能的影响,提出了钢筋混凝土压弯构件截面屈服曲率、极限曲率、塑性铰转角和塑性铰等效长度的计算公式,计算结果与试验结果符合良好。     

对称四杆柔性铰链机构输出性能优化分析

对称四杆柔性铰链机构具有低耦合、输出位移大等特点,为优化其输出性能,采用有限元法分析了不同的切口轮廓对对称四杆机构输出位移的影响,得出了直角型切口更有利于位移输出的结论.在此基础上,研究了主要尺寸参数对直角型对称四杆机构输出位移的影响,并得出了相应结论.     

基于光致形变材料的光驱动微夹钳

针对目前微夹钳存在的一些问题,提出了一种基于光致形变材料镧改性锆钛酸铅(PLZT)双晶片的光驱动微夹钳.首先对光微夹钳中的核心部件PLZT陶瓷的光致形变特性进行了研究,建立了PLZT陶瓷的新型光致伸缩模型;其次对PLZT双晶片式悬臂梁结构的驱动特性进行了分析;最后对柔性铰链放大结构进行了设计,并对其柔性铰链的承载能力进行了理论计算.计算结果表明,柔性铰链的承载能力满足使用要求,光微夹钳可实现远程光控而不受电磁干扰,可自主控制夹持与释放动作,其放大机构的放大倍数为24倍,且最大钳口距离可达3.880mm,基本满足大部分微型零件的操作需求,具有很好的通用性和适用性.     

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.     

数据不确定条件下安全仪表系统SIL等级验证方法研究

为减小数据缺失或数据不确定对安全完整性等级(SIL)验证结果的影响,引入基于有限差分法的参数重要度评估方法,分别对低要求操作模式及高要求操作模式下的多个典型冗余结构进行参数重要度计算,对SIL验证所需参数进行重要度排序,并通过Monte-Carlo方法对重要参数进行仿真,建立数据不确定条件下的SIL验证评估方法,并以某分液系统为例进行SIL验证。结果表明:该数据不确定性条件下的SIL验证方法能够结合工程实际完成安全仪表系统的SIL等级评估,并能有效减小数据缺乏等不确定性因素对SIL验证结果的影响。     

开洞剪力墙结构的抗震可靠性分析

运用随机振动分析方法和计算机模拟技术，研究了钢筋混凝土开洞剪力墙结构的抗震可靠性问题，建立了弯曲型结构的刚度和抗震可靠度的计算公式，初步实现了用计算机模拟技术分析结构动力可靠度以代替结构试验的目的．     

基于Gamma退化过程的机械零部件可靠性灵敏度方法

采用随机变量描述初始强度的不确定性，利用Gamma过程描述强度退化过程.在此基础上，运用摄动法、四阶矩法和Edgeworth级数方法，解决了随机参数服从任意分布的可靠度计算问题.基于矩阵微分方法，推导出关于随机变量均值和方差的可靠性灵敏度的计算公式.以螺栓为例对所提方法进行验证，结果表明该方法可有效地解决机械零部件强度退化时的可靠性灵敏度问题.