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.     

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.     

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...     

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...     

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.     

X形柔性铰链等效刚度分析及结构特性研究

基于抗压双片段柔性铰链,设计了4片段X形柔性铰链,并对其结构特性进行了研究.X形柔性铰链中的主要变形片段为弯扭耦合片段,分别运用微分法和基于抗压双片段柔性铰链等效刚度算法分析了其弯扭耦合等效刚度,推导出了X形柔性铰链的等效刚度理论计算公式.设计了几组不同尺寸的X形柔性铰链实例,分别利用2种方法对这些实例进行了计算,并在ABAQUS软件中进行了仿真分析,3种分析方法结果表明了理论计算公式和仿真模型的正确性.最后,通过对不同尺寸的X形柔性铰链结构特性的分析,得到了铰链设计时应该尽量避免的结构参数范围.     

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     

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。     

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．     

采用柔性铰链罗伯威尔结构的石英谐振式力传感器

介绍了一种采用柔性铰链构成的罗伯威尔结构和ＡＴ－切精密石英谐振器组成的石英谐振式力传感器。柔性铰链无间隙、无机械摩擦、充分体现材料的性能,传感器只由弹性体和谐振器两个部分组成,力的传递环节少,误差小可靠性高。通过调整柔性铰链的尺寸,可以得到不同量程的传感器。解决了整体式石英谐振式力传感器加工困难、成本高和组合式环节多、精度不高的缺点,为石英谐振式力传感器找到了一种较为合适的结构,使石英本身优良的性能得到发挥。研制了精度较高、成本较低、数字量输出的石英谐振式力传感器,并且给出了传感器的精度指标。     

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。     

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。     

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.     

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     

四自由度组合柔性铰链的设计及性能分析

设计一种由3个柔性铰链组成的,用于高精密磨床的微位移工作平台.通过3个柔性铰链对输入位移进行缩小,呈线性地输出,实现在工件定位过程中对(→overX)平移、(→overZ)平移、X^︵旋转、Z^︵旋转4个方向自由度的微小位移及角度调整的功能.优选3个柔性铰链所使用的材料,运用ANSYS仿真软件分析3个柔性铰链输入位移与输出位移、输出角位移之间的响应关系,以及工作过程中各个柔性铰链内部的应力大小.结果表明:工作台(→overX)方向,(→overZ)方向的输出输入位移比分别为0.137,0.286 μm·μm^-1;X^︵旋转,Z^︵旋转的输出输入位移比分别为6.516×10^-4,2.180×10^-3(°)·μm^-1;在零件最大加载位移以内,输出响应与输入位移之间都呈现良好的线性关系,误差均在0.1%以内.