三自由度精密定位工作台的设计与仿真

研究设计一种以压电陶瓷为驱动器,柔性铰链机构为导轨的精密定位工作台.分析和计算柔性铰链微位移放大机构的位移放大倍数和静态刚度,建立精密定位工作台的输入输出方程,确定微定位工作台各自由度的变形量与压电陶瓷驱动器伸缩量之间的关系.最后使用ANSYS软件对微定位工作台的运动进行仿真,给出微动平台的运动范围.     

新型三维微动台的设计与试验分析

研究设计一种新型的、以压电陶瓷为驱动器的三维微动台结构。该微动台以柔性铰链为弹性导轨实现了微定位。 分析所采用的直圆柔性铰链的参数变化对其造成的性能影响;提出一种新型柔性铰链结构,利用有限元分析软件AN SYS对这种新型结构进行理论分析和试验测试。试验表明:采用这种柔性铰链结构的微动台刚度比较小、运动耦合误差 小,定位精度优于±0.01μm。     

二维微动工作台分析及其优化设计方法

设计了一种压电陶瓷驱动的二维微动工作台,采用结构力学理论建立了工作台的简化模型,并推导出工作台沿x、y方向刚度计算表达式。将工作台简化为2自由度弹簧一质点系统,得出其前二阶固有频率计算表达式。通过微动工作台固有频率及沿x、y方向刚度的试验测试,验证了解析法和有限元法用于微动工作台设计分析的可行性。采用有限元法,研究了微动工作台的直角平板柔性铰链特征参数对微动工作台性能的影响。有限元分析结果表明:当平板柔性铰链长度较小或铰链宽度较大时,其刚度、频率及驱动力较高,然而铰链根部应力集中也较严重。通过改变柔性铰链的特征参数,可达到控制和优化工作台固有频率、输出位移、应力分布及驱动力响应的目的,并提出一种优化设计微动工作台柔性铰链的简易方法。     

压电驱动超精密加工微定位工作台的设计与研究

设计开发了一种用于超精密加工的新型压电驱动微定位工作台(PBMPM-PZT Based M icro-position ing P lat-form forM ach in ing)。利用力学理论,对柔性铰链和平行铰链运动副进行建模,推导出其刚度理论计算公式。同时,用有限元方法分析了由柔性铰链构建的微定位工作台静、动态特性和振动特性。理论分析、有限元计算和实验结果的一致性说明了理论分析的正确性和数值分析的可靠性。     

压电驱动超精密加工微定位工作台的设计与研究

设计开发了一种用于超精密加工的新型压电驱动微定位工作台（PBMPM—PZT Based Micm—positioning Platform for Machining）。利用力学理论，对柔性铰链和平行铰链运动副进行建模，推导出其刚度理论计算公式。同时，用有限元方法分析了由柔性铰链构建的微定位工作台静、动态特性和振动特性。理论分析、有限元计算和实验结果的一致性说明了理论分析的正确性和数值分析的可靠性。     

压电陶瓷驱动的铰链放大式微动工作台研究

研制了一种新的压电陶瓷驱动的铰链放大式微动工作台。介绍了该微动工作台的基本原理,利用原子力显微镜技术测定了压电陶瓷与铰链放大臂的微位移和微振动,确定了铰链机构的放大比及微动工作台的时间响应频率。结果表明,该微动工作台能以0.5μm～5μm的步长实现平稳的微位移,最大速度达到250μm/s。     

一种纳米级二维微定位工作台的设计与分析

研究开发了一种采用柔性铰链导向的二维光学调整微定位工作台,建立了工作台的简化模型,并利用结构力学理论推导出工作台沿x、y方向刚度及前二阶固有频率解析式。进行了微定位工作台固有频率及沿x、y方向刚度的试验测试,并结合解析方法和有限元方法对微定位工作台设计刚度及动力特性进行分析验证。有限元分析表明:当工作台的直角平板柔性铰链长度较小而铰链宽度较大时,其刚度、频率及驱动力较高,铰链根部应力集中也较严重。通过改变柔性铰链的特征参数,可达到控制和优化工作台固有频率、输出位移、应力分布及驱动力响应的目的,并提出了一种优选微定位工作台柔性铰链参数的简易方法。     

压电驱动超精密定位工作台的研究

研究、设计了一种压电式超精密微定位工作台。此工作台在伺服电机驱动的滚珠丝杠进给系统的基础上，采用压电陶瓷作为微位移驱动器，柔性铰链为导向机构，对工作台运动位置自动补偿，实现了超精密定位。文中对柔性铰链机构进行了合理的设计，以实现长行程超精密定位。压电陶瓷配合柔性铰链使用使工作台定位精度达到0．01μm，可满足精密、超精密加工需要。     

新型3-RPC柔性精密平台的刚度与动力学分析

提出了一种新型空间柔性并联精密平台,该平台采用压电陶瓷驱动方式,通过单自由度柔性铰链的弹性变形实现末端执行件3个方向的运动;采用柔度矩阵变换法,建立了该柔性精密平台的刚度模型,并用有限元方法对刚度模型进行了验证。在此基础上,讨论了柔性铰链结构参数对平台刚度的影响规律;采用拉格朗日法建立该平台的动力学方程,利用有限元对其进行了模态分析,讨论了3组不同柔性转动副结构参数对微动机构自然频率的影响。     

一种大工作空间密度的压电微动二维工作台设计

针对目前微纳定位工作台工作空间密度小的问题,设计了一种新型二自由度对称式并联微纳定位工作台。分析了影响平行四边形位移放大机构变形的主要因素;对直圆柔性铰链、平行板柔性铰链和倒圆角直梁型柔性铰链进行刚度计算;采用能量法和位移矩阵得出平行四边形位移放大机构输出力和载物台运动位移的计算公式;优化平台尺寸,并对优化后的结果进行有限元仿真和实验分析。实验后得到设计平台的工作空间尺寸为143.7μm×142.1μm,工作空间密度可达2.521μm~2/mm~2,与同类型平台相比,能够实现较大的工作空间密度。     

基于柔顺机构的两自由度微动精密定位平台的分析与设计

基于柔性铰链变形原理设计了一种压电驱动的两自由度柔顺机构微动精密定位平台.首先建立了平台的刚度、固有频率和强度的分析模型,通过优化设计得出了平台的最优结构尺寸.利用有限元软件仿真分析验证了设计模型和优化结果的正确性.最后制造了原型样机,进行了实验,对平台进行了标定并分析了平台的定位误差.     

基于3-RRR结构的光学元件柔顺微动调整机构的位姿正解

针对光刻投影物镜中光学元件X/Y/θ微动调整的工程需求,研制了一种基于3-RRR结构的光学元件柔顺微动调整机构,并对其位姿正解进行了研究。建立了3-RRR柔顺并联机构的伪刚体模型,并采用矢量代数法理论推导了该机构的位姿正解,得到了它的理论雅克比矩阵。然后,在NASTRAN中建立了3-RRR柔顺并联机构的有限元模型,得到了仿真环境下该机构的位姿正解和雅克比矩阵。最后,对研制的3-RRR柔顺并联机构进行了实验研究,得到了该机构真实的位姿正解和雅克比矩阵。实验结果表明,实验雅克比矩阵的各项系数分别为0.577 7、-0.304 0、-0.283 3、0.002 1、0.524 6、-0.516 5、1.402 6、1.481 9、1.435 3,而理论雅克比矩阵相对应的各项系数分别为0.612 9、-0.3065、-0.306 5、0、0.530 8、-0.530 8、1.444 6、1.444 6、1.444 6,得到的数据表明:采用矢量代数法能够理论推导出该机构正确的位姿正解公式。提出的3-RRR柔顺微动调整机构位姿正解方法为微动调整机构的研制提供了设计依据。     

淬火过程换热系数反求法的有限元实现

在淬火过程的数值模拟中,换热系数的正确求解是工件温度场、应力/应变场模拟结果和实际相符的先决条件.分析换热系数反求法的数学模型,并采用有限元法实现该数学模型的求解.与有限差分求解法比较,用有限元方法求解的换热系数曲线连续、平滑,结果可靠,而且编程量小,用求得的换热系数计算试件中心的温度场变化曲线,计算结果和实测数据吻合.     

惯性冲击式运动原理的理论分析与仿真

利用拉格朗日方程建立基于惯性冲击式驱动原理的微小型机器人的动力学模型，对该模型进行求解与仿真；利用有限元分析方法对机器人机构连行模态分析与瞬态动力学分析。两种分析方法都考虑了双压电膜机构与电场的耦合关系，以及机器人的支撑与管壁之间的接触摩擦。通过对两种方法的分析结果对比，验证了惯性冲击式运动原理的正确性，以及该原理用于管内移动微小型机器人驱动是可行的。     

环板式针摆行星传动输入轴系振动特性的研究

采用有限元和传递矩阵两种方法对环板式针摆行星传动轴系的振动特性进行了分析.利用ANSYS软件建立了环板式针摆行星传动输入轴系动力学分析模型.分析计算了输入轴系的固有频率和振型.通过传递矩阵法计算了输入轴系的固有频率.传递矩阵数值计算结果与有限元分析结果基本吻合,说明输入轴系固有频率的计算值是基本正确的.电机的额定转速要避开输入轴系的低阶固有频率值,以免发生共振,固有频率分析为动态特性分析奠定了基础.     

基于SVM和遗传算法的新型直线电机结构参数优化

建立了一种新型圆筒直线电机的有限元模型,并验证了有限元模型的正确性。基于正交和随机方法安排了有限元仿真试验,获得了用于非线性电磁建模的样本空间。进一步采用支持向量机回归建模方法,建立了直线电机的非线性数学模型,而后采用遗传算法进行了直线电机结构参数多目标优化,得出最优结构参数组合。有限元仿真验证表明,基于支持向量机和遗传算法的优化方法用于研究该种新型直线电机电磁结构参数优化是可行的。     

基于ABAQUS的圆柱套筒过盈装配过程仿真研究

有限元法是结构分析中最有效的一种数值分析方法。基于ABAQUS软件对圆柱套筒过盈装配过程的应力分布、接触力进行了有限元仿真。仿真结果可对配合的过盈量及压入深度进行评估,为过盈配合的联接强度分析、优化设计提供一定的参考,从而能有效地缩短调试周期、降低成本。     

开口薄壁结构声固耦合问题的计算方法

对于开口薄壁结构的声辐射问题,很难用解析法直接计算,可采用多种数值方法进行仿真分析。文中研究了有限元法、边界元法与无限元法几种数值方法及其耦合的理论基础,研究了求解不封闭声腔声辐射问题的几种数值方法。在考虑声固耦合的前提下,分析了间接边界元法、直接边界元内外声场耦合法、有限元与边界元耦合法、有限元与无限元耦合法4种方法求解开口结构声场问题的系统方程及求解过程,以具体开口薄壁结构为实例采用4种方法进行了模拟计算,并对结果进行了分析比较,得出相关结论。     

粘贴于薄板表面的光纤布拉格光栅应变传感器误差修正

考虑现有光纤布拉格光栅(FBG)传感器的应变传递理论均未考虑传感器对基体应变的影响,本文针对FBG传感器粘贴于薄板的情况研究了薄板的应变传递理论。由于光纤应变与薄板应变并不相等,故研究了光纤应变与薄板应变之间的关系以提高FBG传感器的测量精度。建立了粘贴于薄板表面的FBG传感器应变传递理论,分析了FBG传感器与薄板之间的相互作用;利用有限元法(FEM)和实验法验证了理论的正确性。最后,分析了薄板参数对应变传递率的影响。结果显示:FEM解与理论解的误差在4%以内,实验值和理论解误差在5%以内,应变传递率随着薄板厚度和弹性模量的增加而逐渐增大。该理论模型完全满足FBG传感器精度要求,对其实际应用具有一定的指导意义。