考虑柔铰非线性的柔性Sarrus恒力机构设计

发布时间：2017-04-15 05:17

  本文关键词：考虑柔铰非线性的柔性Sarrus恒力机构设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：柔性机构是一个利用自身部分或全部构件的弹性变形来实现机构运动的,相对传统刚性机构,省去了连接铰链,因此也就减少了实现某一特定运动的构件数目,省去了很多的装配环节,使机构变得简单、可靠;并且因为无缝连接,没有了摩擦、省去了润滑油的使用,使机构精度高,寿命长,工作环境干净卫生。因此柔性机构的研究和应用得到学术界和工业领域的广泛关注。如今柔性机构在一些诸如MEMS中被大量用于替代传统的刚性机构来实现特定的运动,然而因为自身弹性变形产生的能量存储对机构运行却造成了一些麻烦,问题的产生没有阻碍柔性机构的发展。人们利用柔性机构的能量存储功能设计出了柔性双稳态,多稳态等柔性稳态机构。因此将柔性机构的运动学和能量存储功能联合起来利用应该是柔性机构的重点研究方向。本文基于对柔性机构中因为弹性变形的合理利用设计一种柔性恒力机构。作为柔性机构的重要组成部分-柔性铰链,自然也就成为学者们重点关注的对象,根据某些特定的需求人们先后设计出了直角型、抛物线型、椭圆型等类型的切口式柔性铰链,然而它们因自身的问题很难用于大变形的柔性机构中,本文通过分析比较选择了一种承载力大并且可以实现大变形转动的柔性铰链-交叉型柔性铰链,作为本文恒力机构设计的一个重要组成部分。然而实验结果发现交叉型柔性铰链在大变形状态下会出现刚度的非线性问题,为了找到其内在的变化规律本文选择了它的一个重要结构参数和形状参数作为重点研究对象,并通过大量的实验总结出了其变化规律,给出了一个描述交叉型柔性铰链在变形状态下扭转刚度的通用经验公式,并试验验证了其准确性。本文基于柔性机构研究的常用方法-伪刚体模型方法结合虚功原理,对一种空间六杆机构-Sarrus机构进行了分析,Sarrus机构可以实现空间内直线和旋转的运动转化,作为对本文总结出的交叉型柔性铰链刚度经验公式的利用,推导出了Sarrus机构直线运动杆件上的力与机构运动形态的关系式。通过分析试验发现了在某些特定条件下,铰链转角的变化规律,总结出了若实现恒力机构的可能条件作为优化的约束条件,然后利用粒子群优化算法,经过多次试验、优化。最终设计出了一个能够实现区间内恒力效果的柔性Sarrus机构。并且检测结果发现恒力效果非常明显,恒力区间大、误差小。
【关键词】：柔性机构 大变形 刚度非线性 Sarrus机构 恒力机构
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-26
• 1.1 柔性机构的概念16-17
• 1.2 柔性机构的分类17-18
• 1.3 柔性机构的优势和挑战18-19
• 1.4 柔性机构的应用领域19-23
• 1.4.1 智能结构19-20
• 1.4.2 微机电系统(MEMS)20-21
• 1.4.3 自然界及其他等领域21-22
• 1.4.4 柔性恒力机构22-23
• 1.5 本文的工作安排23-26
• 1.5.1 本文的主要研究工作23
• 1.5.2 论文的章节安排23-26
• 第二章 恒力机构的设计方法26-40
• 2.1 恒力机构的简介26-27
• 2.2 传统的恒力机构设计27-30
• 2.2.1 简易的恒力机构27-28
• 2.2.2 弹簧储能型恒力机构28-30
• 2.3 柔性恒力机构的设计30-38
• 2.3.1 伪刚体模型方法简介30
• 2.3.2 伪刚体模型方法描述悬臂梁的力位移关系30-33
• 2.3.3 伪刚体模型方法在柔性恒力机构中的应用33-36
• 2.3.4 结构拓扑优化法在柔性机构设计中的应用36-38
• 2.4 小结38-40
• 第三章 交叉型柔性铰链大变形下刚度的非线性分析40-52
• 3.1 柔性铰链的概述40-41
• 3.2 不同形式柔性铰链的扭转刚度分析41-44
• 3.2.1 短臂柔铰的刚度特性41-43
• 3.2.2 交叉型柔性铰链的相对优势43-44
• 3.3 交叉型铰链大变形状态下的变刚度分析44-50
• 3.3.1 交叉型柔铰通用刚度公式的表示方法44-48
• 3.3.2 交叉铰链通用刚度公式的校验48-50
• 3.4 小结50-52
• 第四章 柔性Sarrus恒力机构的设计52-74
• 4.1 Sarrus机构概况52-53
• 4.1.1 Sarrus机构的的简介52-53
• 4.1.2 Sarrus机构的理论研究及应用53
• 4.2 Sarrus机构的运动特性分析53-60
• 4.2.1 Sarrus机构的自由度分析53-54
• 4.2.2 通用空间Sarrus机构的建模54-56
• 4.2.3 Sarrus机构的几何分析56-58
• 4.2.4 Sarrus机构的运动学分析58-60
• 4.3 柔性Sarrus机构的分析60-65
• 4.3.1 柔性Sarrus机构简介60
• 4.3.2 柔性Sarrus机构的功能关系60-63
• 4.3.3 柔性Sarrus机构的载荷分析63-65
• 4.4 恒力机构的优化设计65-72
• 4.4.1 粒子群优化算法简介65-66
• 4.4.2 优化过程的描述66-67
• 4.4.3 优化结果67-70
• 4.4.4 柔性Sarrus恒力特性总结70-72
• 4.5 小结72-74
• 第五章 总结与展望74-76
• 5.1 本文的工作总结74
• 5.2 本文工作的展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 作者简介82-83

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 李团结,朱超,周小勇,曹炎,李世俊;定常力输出柔性滑块机构的优化综合[J];机械科学与技术;2004年03期

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本文编号：307709