双层LEMs提升机构设计与分析

设计了基于平面折展扭转铰链(LET)和长铰链的双层平面折展机构(LEMs)提升机构,给出了设计结构,推导了长铰链的等效扭转刚度计算公式,建立了机构的伪刚体模型,并利用虚功原理推导了机构输入力与输出转角的关系式,计算了提升高度.对设计实例进行了理论计算和有限元仿真分析,得到机构提升高度的理论值及仿真值,其相对误差都在3%以内.利用聚丙烯材料按照设计尺寸制作了该双层LEMs提升机构,在滑块位移相同的情况下,机构提升高度的实测值和仿真值基本一致.     

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.     

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.     

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。     

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.     

新型微步进旋转驱动器的设计与分析计算

文章介绍了一种新型微步进旋转驱动器,该驱动器核心元件采用螺旋原理,用定子内箝位的方式和均布薄壁柔性铰链微变形结构;根据分析和有限元计算,其核心元件——运动转换机构输出的角位移与轴向位移成线性关系,且施加载荷也与轴向位移成线性关系,该驱动器在精密运动和定位、微操作、光学、生物及医学工程等领域将有较大的应用潜力。     

一种微位移柔顺放大机构的优化设计

基于柔性梁的动刚度矩阵以及矩阵位移法建立了一种微位移柔顺放大机构的伪静态参数化模型.该模型可以对新机构进行快速化运动预测和参数化运动分析，并且可以得到位移放大率的解析模型.通过模拟退火算法优化结构的尺寸与形状得到了一种新的机构，它的放大率相比于原始构型增加了9%且固有频率为409Hz，与有限元结果对比相对误差小于2%，验证了模型的准确性.分析了在负载与输入位移共同作用下新机构的放大率变化规律以及结构关键节点处的加工误差对输出位移的影响.结果表明，模型顶点与输出端的X方向加工误差对输出位移的影响最大.     

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．     

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.     

一种新的多输入多输出柔顺机构拓扑优化方法

针对多输入多输出柔顺机构的输出位移最大化拓扑优化问题,提出了一种新的拓扑优化求解方法.首先,引入柔顺度的小量变化约束函数来处理柔顺机构拓扑优化的病态载荷问题和类铰链问题.基于传统界限公式法思路,通过一个界限变量将多个输出位移最大化目标等效转化为多个约束条件,构建了一种新的多输入多输出柔顺机构拓扑优化的界限公式模型.然后...     

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.     

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．     

新型微动工作台的设计与计算

文章设计了一种新型压电式双自由度微位移工作台,提出了一种采用直角双杆机构代替平行四杆机构实现双自由度运动的方法; 基于卡氏第二定理推导了新型工作台在不同方向上的输出刚度解析表达式,在此基础上推导出了工作台的前2阶固有频率;根据得到的输出刚度表达式,定量地分析了柔性铰链参数及连杆长度对工作台输出刚度的影响;同时针对3组不同尺寸参数的工作台,采用有限元法对其进行数值计算,并与理论计算比较,结果表明2种方法计算结果吻合很好,说明了理论模型的正确性.     

一种非接触式角位移传感器的设计

设计了一种基于霍尔原理的非接触式角位移传感器.该传感器利用霍尔元件,实现了对角位移的非接触测量,解决了传统接触式角位移传感器有触点、可靠性差、寿命短的缺点.论文介绍了非接触式角位移传感器的设计和制作,制作的传感器具有单信号带开关输出、双信号输出两种输出特性.     

全柔性微位移放大机构性能与参数关系

基于长柔性杆设计了一种新的微位移放大机构结构形式,根据推导出的力-位移关系及放大比关系分析了机构主要性能与机构参数的关系.通过一组实例的理论计算与有限元仿真,分析得到该机构主要结构参数对机构性能的不同影响效果.     

基于可靠性约束的热固耦合结构拓扑优化

考虑结构的物理参数、几何尺寸和载荷环境的不确定性,尤其是温度场的不稳定性,对热固耦合结构进行基于可靠性约束的拓扑优化设计.首先采用一次二阶矩法得到可靠性指标,并用可靠性指标反映参数不确定性的影响.然后分别以结构柔度最小化和机构输出位移最大化为目标函数,以可靠性指标为约束条件,建立了热固耦合拓扑优化数学模型.最后将伴随矩...     

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。     

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.     

微进给机构的柔性铰链设计与有限元分析

设计一套以音圈电机为驱动电机,柔性铰链为支承元件,碟形弹簧为减震机构的微进给机构.柔性铰链采用双平行四杆机构的结构形式,计算了柔性铰链在音圈电机峰值推力作用下的最大输出位移和最大应力值.通过有限元分析柔性铰链在不同推力作用下的应力、应变图,发现在音圈电机最大推力800 N作用下,柔性铰链的最大应变为224.67μm.分析结果证明,所设计的直圆形双平行四连杆柔性铰链能够满足微进给机构的往复进给行程要求.     

微/纳传动平台沿坐标轴运动分析的键合图法

采用柔顺机构学、材料力学、伪刚体法、卡氏定理及键合图基本理论,结合6自由度微/纳传动平台的工作原理,建立了桥式放大机构及微/纳传动平台的伪刚体模型及该平台沿坐标轴移动的键合图模型,推导了桥式放大机构的输出刚度方程、平台移动的特征方程及状态方程.通过Matlab/Simulink求解仿真分析,获得了该平台沿坐标轴移动的位移仿真曲线及柔性铰链角位移仿真曲线.应用Ansys13.0,对该平台进行了运动仿真分析,搭建了实验平台,进行了试验测量,并对Smulink仿真值、有限元分析值及实验值进行了对比分析,其结果变化规律基本一致,验证了利用键合图方法分析微/纳传动平台移动特性的正确性及可行性,为全柔性机构的研究提供了新的有效的方法.