Y型柔性铰链的设计与实验

为设计一种高精度、结构简单的大变形柔性铰链,提高并联平台的运动精度和零件使用寿命,本文提出了一种Y型柔性铰链。首先,借助ANSYS和ADAMS进行柔性铰链的回转中心、安装方式和行程要求的分析研究。接着,利用数控机床进行柔性铰链的加工制作。然后,利用光学坐标测量仪OPTOTRAK进行柔性铰链的轴漂测量实验。最后,进行了转动副并联平台、单片簧柔性铰链并联平台和Y型柔性铰链并联平台的圆轨迹实验。实验结果表明:Y型柔性铰链回转误差最大值为0.5962mm,Y型柔性铰链并联平台圆轨迹的误差最大值比转动副并联平台减小了42.7%。Y型柔性铰链可以很好地替换并联平台中的转动副,提高并联平台运动精度。     

变截面交叉簧片柔性铰链的力学建模与变形特性分析

交叉簧片柔性铰链是一种应用广泛的柔性转动关节。依靠簧片的分布式柔度可以产生较大的转动角度,但是与此同时铰链转动过程中的中心漂移大、抗干扰能力较差,这些都影响了铰链的传动精度和稳定性。通过采用非等直簧片构造的变截面交叉簧片柔性铰链可以使弹性元件的变形主要集中于铰链的交叉点附近,从而改变铰链的转动性能。基于Euler-Bernoulli梁理论建立了考虑几何非线性的变截面交叉簧片柔性铰链的末端载荷与铰链变形之间的关系。通过与有限元仿真进行对比,验证了文中建立的变形模型的准确性。利用柔性铰链的静态变形模型,分析了铰链的转动范围、转动刚度、中心漂移和抗干扰性能与簧片截面系数之间的关系。分析结果表明,对比传统交叉簧片柔性铰链,变截面交叉簧片柔性铰链具有更高的转动精度。     

多交叉曲梁簧片柔性铰链的力学建模与性能分析

针对直梁型多交叉簧片柔性铰链难以兼顾大转角、低刚度的问题,设计了一种多交叉曲梁簧片柔性铰链。采用圆弧曲梁簧片减小变形应力和转动刚度,在纯转矩驱动条件下具有高转动精度和大转角行程。推导了圆弧曲梁簧片的变形应力计算方程,建立了柔性铰链的大变形力学分析模型,并通过转动刚度实验和变形应力仿真计算验证了理论模型的准确性。进一步分析了半径系数、簧片曲率和位形角等设计变量对柔性铰链驱动转矩和变形应力的影响关系,提出了同时减小转动刚度和变形应力的设计方案,确定了使柔性铰链获得零刚度特性和负刚度特性的设计变量组合。所设计的柔性铰链结构及其性能分析结果可为新型大行程柔性铰链的设计提供参考。     

直圆柔性铰链加工误差对刚度的影响和有限元验证

柔性铰链是一种行程小,定位精度高的传动机构,对加工精度有较高的要求。针对柔性铰链关键尺寸3种不同的加工误差,通过建模和受力分析,推导了直圆柔性铰链存在加工误差时的转动刚度计算公式,以数值积分方法计算刚度误差,并拟合出一种无量纲的刚度误差公式。同时以有限元仿真对计算公式进行验证,对误差曲线进行比较,结果表明了较好的一致性,为柔性铰链的设计和加工提供参考。     

基于射影变换的柔性铰链构型综合

柔性机构应用中,大行程柔性铰链可以满足较大运动行程和高精度兼备的应用场合.但现有的大行程柔性铰链构型匮乏,因此迫切需要对其进行构型综合研究.通过建立平面、圆、圆柱及球面空间的映射关系,在直线机构和转动机构之间找到了一种映射关系,例如可将一个点绕着一个固定圆心的转动分别看作是在圆、圆柱面、或球面坐标系下的直线运动,因此如果已知一种柔性直线导向机构,就可以衍生出多种转动型柔性铰链.反之,也可从现有的转动型柔性铰链反推出更多的直线导向机构构型.     

大行程柔性铰链Hexapod机构参数优化设计

大行程柔性铰链Hexapod机构的性能很大程度上取决于柔性铰链的性能。同样构型的柔性铰链,行程越大其离轴刚度越低,从而导致大行程全柔性铰链Hexapod机构整体的静刚度和精度下降。讨论了Hexapod机构运动学逆解的求解,包括每个支链的伸缩的长度以及每个铰链的转动角度的求解。在此基础上讨论了大行程全柔性铰链Hexapod机构参数优化设计,使得满足动平台运动空间要求的前提下各个铰链的行程要求最小,并针对设计中的大行程柔性铰链Hexapod机构进行了参数优化设计。     

单边导角形柔性铰链的计算与性能分析

提出了一种单边导角形柔性铰链,以力学卡氏第二定理和微积分为理论基础,推导了单边导角形柔性铰链柔度和转动精度的闭环解析公式,利用有限元和实验的方法对柔性铰链的柔度公式进行校验。结果表明:有限元和实验方法与闭环解析式的结果基本一致。对单边导角形柔性铰链的性能进行分析,得出了结构参数对其柔度性能的影响关系,并通过与双边导角形柔性铰链比较,分析了单边导角形柔性铰链的转动能力、转动精度和对轴向载荷的影响,为柔性铰链在结构紧凑、大位移场合的工程应用提供了有价值的参考。     

基于曲线柔性单元的新型大变形柔性铰链

曲线薄板柔性单元与传统的缺口式柔性单元相比,受载荷时在功能方向上更容易产生大变形.基于此,将曲线薄板柔性单元在平面空间中以一点为圆心,进行均匀阵列组合得到一种新型的环形柔性铰链--分布式叶片形转动柔性铰链.为了对新型柔性铰链进行性能分析,建立铰链的数学模型.鉴于铰链结构复杂,要得到精确模型十分困难,因此对模型进行简化,采用主运动单元伪刚体法建立新型柔性铰链数学模型,并分析新型柔性铰链受纯扭矩载荷时的变形情况.计算得到的结果与非线性有限元分析结果十分接近,证明了所建伪刚体模型的正确性.同时计算结果也表明分布式叶片形转动柔性铰链能够提供较大的转动行程,是一种新型的大变性转动柔性铰链.     

压电陶瓷驱动器装夹机构设计

采用直圆柔性铰链支撑的复合平行四杆机构,设计了一种压电陶瓷(PZT)驱动器的装夹机构.该机构具有导向精度稳定、响应速度快、分辨率高和无耦合运动等优点.从力学理论出发推导了柔性铰链刚度的简化计算公式,运用参数化的分析方法求得了柔性铰链结构参数对装夹机构应力、刚度及有效行程的影响.实验测得刚度和有效行程的理论计算误差分别仅为3.9%和1.4%,表明了该设计方法的可靠性与有效性.     

光器件封装运动平台的柔性铰链设计与分析

在应用于光器件封装中的六自由度柔性并联运动平台中,柔性铰链的性能是制约运动平台大行程和高精度的重要因素。根据卡氏定理和Lobatto求积公式,建立圆角直梁型柔性铰链力学模型,推导出铰链的柔度矩阵。同时提出了评价柔性铰链性能的参数,即转动能力θ和转动精度σ。在此基础上,计算并分析了圆角直梁型柔性铰链的结构参数L、d、r对其转动能力θ和转动精度σ的影响,并通过有限元分析法进行验证。结果表明,提升L和r、降低d可以提升柔性铰链的性能,为运用于光器件封装的柔性并联运动平台设计提供了有力依据。