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...     

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.     

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。     

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.     

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,结果表明:柔度因子随着设计参数e(离心率)和p(焦点与准线间的距离)的增大而增大,随着设计参数φ(切线部分与x轴夹角)、t(切口部分最小厚度)和w(铰链宽度)的增大而减小;在设计参数e、p、t和w相同的情况下,圆锥倒角V型柔性铰链比传统圆锥曲线型柔性铰链具有更高的柔度。     

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.     

用于薄膜残余应力检测的微指针放大机构

在MEMS器件中应用的各类薄膜材料在制备过程所产生的残余应力,对器件的性能和可靠性具有较大的影响．设计了一种用于残余应力在线检测的柔性铰链放大机构,并对柔性铰链的结构尺寸与放大机构的角变形和转动刚度的关系进行理论建模,利用FEA软件对3种不同类型柔性铰链的转动刚度进行了数值仿真,为用于残余应力检测的微指针结构的放大机构的优化设计提供了前期研究基础．     

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。     

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.     

柔性微抓取器的机构分析及设计优化

以实现对微小零件的装配为目标,通过对运用单轴柔性铰链位移放大机构的柔性微抓取器进行理论和有限元分析,指出柔性铰链的缺陷.在改进设计中提出并利用柔性梁替代柔性铰链作为抓取器的运动副.通过理论、有限元对改进后的柔性微抓取器进行分析,并通过实验证明了该抓取器的可行性.     

竖向及水平加载下预应力框架塑性角的对比

通过单层两跨预应力框架,对竖向及水平加载下的塑性铰出铰模式,控制截面塑性铰所需转动能力以及其所能提供的塑性转动能力等方面进行了对比研究．在研究过程中考虑了相对受压区高度和预应力度影响．研究结果表明,当各塑性铰均具有足够转动能力时,竖向及水平加载下的塑性铰出铰模式存在很大差别．其中竖向加栽下,预应力框架梁能达到完全的塑性内力重分布,而水平加栽下则不能-此外,随相对受压区高度增加,竖向加栽下完成完全塑性内力重分布时所需塑性铰转动能力呈递增趋势;而水平加载下完成最大塑性内力重分布时所需塑性铰转动能力却呈递减趋势．     

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。     

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.     

A large workspace flexure hinge-based parallel manipulator system

0IntroductionParallel-structure manipulators are attracting moreattentionfromthe designers andscholars duetotheir mer-its of compact structure,high precision,highrepeatabili-ty,high stiffness and large load-volume ratio,etc.Re-search on parallel manipulators has been a hot issue fortheir applications in bioengineering[1],precision engi-neering[2],precisionsenor systems[3,4],mechanical man-ufacturing[5,6]and so on.Infact,it is very difficult for these parallel manipu-lator systemsto attainfurth…     

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。