柔性铰链的计算和分析

针对常用的直圆柔性铰链进行力学分析,与迄令一直沿用由J.M.PAROS给出的柔性铰链绕z轴的转动刚度(柔度)计算公式相比,提出了更为简洁、精确的转动刚度计算公式,使其有利于柔性铰链的设计和分析。对直圆柔性铰链所能承受的最大力矩和最大角位移进行了分析,给出了它们在不考虑应力集中影响下的计算公式。讨论了直圆柔性铰链各个参数对其性能的影响。为柔性铰链在精密定位系统中的应用提供了一定的理论基础。     

椭圆柔性铰链的柔度计算

基于材料力学中的变断面梁的弯曲理论,通过引入椭圆离心角作为积分变量,直观地得到椭圆柔性铰链的系列柔度计算公式。通过定义中间参数,推导出较为简洁的解析计算公式,从而避免费时的数值积分,便于柔性铰链柔度的计算和分析。当椭圆切口的长轴和短轴长度相等时,椭圆柔性铰链变成直圆柔性铰链,这些计算公式即退化为直圆柔性铰链的柔度计算公式。运用有限元软件ANSYS分析多个不同形状的椭圆柔性铰链,有限元法分析结果与这些柔度计算公式的计算结果吻合得很好,证明了公式的正确性。     

双曲余弦柔性铰链的刚度推导

柔性铰链在科学技术领域有着广泛的应用,以力学基本公式和微积分为基础,推导出了双曲余弦柔性铰链的刚度计算公式.计算公式是精确的推导结果且表达较为简洁,有利于柔性铰链及其机构的计算和分析.     

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。     

柔性铰链精度特性研究

推导出了单轴柔性铰链的精度计算公式,它由半个直圆柔性铰链和半个导角柔性铰链构成.提出了柔度精度比这一概念,为定量地比较各种柔性铰链的特性提供了依据.用解析表达式计算了一组椭圆柔性铰链实例的精度和柔度,得到它们的柔度精度比,并比较了它们的性能优劣.结果表明直圆柔性铰链具有最佳的性能,可为柔性铰链的工程优化设计提供参考.     

柔性电解加工新工艺

把计算机数控引入电解加工工艺，能应用简单形状的电解阴极，作型面展成运动，从而可以加工复杂型腔和型面。     

倒圆角直梁型柔性铰链刚度研究

为研究倒圆角直梁型柔性铰链的刚度性能,利用材料力学和微积分的相关知识推导出该型柔性铰链的弯曲刚度和拉伸或压缩刚度计算公式。采用变截面梁单元建立该型柔性铰链的有限元模型,在一端固定、另一端承受力矩或力的边界条件下,计算分析该型柔性铰链的刚度。将有限元解与所推导出的解析解进行比较,以验证所推导刚度公式的正确性。改变倒圆角直梁型柔性铰链的各结构参数,根据所推导出的刚度公式,利用Matlab软件编程计算出刚度值,并分析倒圆角直梁型柔性铰链的弯曲刚度与其各结构参数之间的关系。     

倒圆角直梁型柔性铰链应力分析

为研究倒圆角直梁型柔性铰链的内部应力,利用材料力学的相关知识推导出该型柔性铰链的弯曲正应力和拉/压应力计算公式。采用变截面梁单元建立该型柔性铰链的有限元模型,在一端固定,另一端承受力矩或力的边界条件下,计算分析该型柔性铰链的应力;将有限元解与所推导出的解析解进行比较,验证所推导应力计算公式的正确性。根据所推导出的应力公式,讨论倒圆角直梁型柔性铰链的内部应力与其各结构参数之间的关系。     

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.     

椭圆形柔性铰链的频率特性分析

建立了平行导向柔顺机构的模型,分析了由椭圆形柔性铰链构成的平面柔顺机构的参数特性.讨论了椭圆形柔性铰链最小厚度、切口几何参数、机构厚度与系统固有频率的关系,并通过数值算例得到一些规律性结论,为椭圆形柔性铰链的设计与应用提供了理论依据,也为柔顺机构的动力学研究提供了参考.     

柔性铰链在精密和超精密加工中的应用与研究

主要研究了柔性铰链微动工作台的特性及其在精密和超精密加工中的应用，通过分析柔性铰链的特性，就柔性铰链微动工作台的设计进行阐述，并对其精度进行分析。     

复合型柔性铰链机构特性及其应用研究

复合型柔性铰链是目前在精密机械中广泛应用的一种新型铰链形式,可作为全柔性和部分柔性机构,应用于存储释放能量以及高频振动等场合.本文概括了复合型柔性铰链的特点,对直梁型、圆弧型和复合型柔性铰链作了分析比较,并采用自由度计算公式,对刚性机构、基于复合型柔性铰链的部分柔性机构和全柔性机构进行了自由度分析,以探讨它们的机构能力和可控性.最后介绍了复合型柔性铰链在微机器人的应用,包括仿生扑翼机构的研制和实验.     

柔性铰链的应用

柔性铰链以其特殊的性能在精密机械、精密测量、微米技术和纳米技术等领域得到广泛应用。通过对柔性铰链在支撑结构、联接结构、调整机构和测量仪器中的应用，以及柔性铰链与压电致动结合实现超精密位移和定位的典型例子，对柔性铰链的应用作了较全面的介绍。     

基于桥式柔性铰链多误差源的数学建模

利用快刀伺服系统加工可获得纳米级的微结构,桥式柔性铰链是最关键的零件之一,其柔性铰链的误差度直接影响零件的加工精度。通过对多误差源的分析,探索每个误差源对精度的影响程度。包括过对桥式柔性铰链关键尺寸的加工误差,特别是对敏感度较高的长度、宽度、厚度加工误差的分析,建立起关键尺寸与加工精度的数学模型;分析温度变化,建立基于神经网络的加工误差数学模型,并提出温度补偿的策略;分析重力等原因引起的误差变形,建立由于重力引起变形量与加工精度的数学模型。将上述的多误差源的数学建模运用到设计和制造中,能从源头上减少误差对加工精度的影响程度,提高快刀伺服系统加工微结构零件的尺寸精度和表面粗糙度。     

圆弧型柔性铰链应力分析

针对柔性铰链在风洞应变天平校准设备中的应用,将圆弧型柔性铰链作为研究对象,计算其最大应力。通过分析典型柔性铰链的受力情况,提出了将圆弧型柔性铰链等效为直圆型柔性铰链的方法。基于应力集中理论,拟合出了铰链分别受轴向力和弯矩时的应力集中系数计算公式。建立不同参数铰链的三维模型,使用ANSYS Wrokbench软件进行有限元仿真分析,将仿真数据和理论计算数据进行对比,验证等效方法和拟合公式的可行性。     

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。     

混合型柔性铰链研究

提出一种新型的单轴柔性铰链结构型式--混合柔性铰链,它由半个直圆柔性铰链和半个导角柔性铰链构成.提出了柔度应力比这一概念,为定量地比较各种柔性铰链提供了依据.通过有限元方法,分析了一组不同导角半径的混合铰链设计实例,并得到其柔度应力比值.结果表明该混合柔性铰链的性能远高于直圆柔性铰链.设计的混合柔性铰链为面向高精度、大位移的工程应用提供了有价值的参考.     

同步辐射仪器中柔性铰链压弯机的研究

阐述了一种应用柔性铰链产生精密光学反射镜的弹性压弯机构的工作原理.应用经典力学方法对这种压弯机构进行了详细的力学分析,并将这种弹性压弯机构简化成平面钢架结构,用力法正则方程和梁的弯曲方程推导得出镜子的曲率与压弯机构参数及压弯驱动力之间的关系,即压弯机构驱动方程或镜子曲率方程.对影响镜子面形精度的弹性压弯机构参数进行分析,重点讨论了弹性压弯机构转动中心轴和镜子中性面不重合时对镜子面形精度的影响.分析了柔性铰链在这种弹性压弯机构中的作用及其对镜子面形精度的影响.并应用有限元数值计算方法对经典力学分析得出的压弯机构驱动方程进行验证,证实了经典力学分析的正确性.此压弯机构驱动方程可以作为这种弹性压弯机构设计的理论基础.     

空间微动平台的柔性铰链参数优化设计

在微位移技术中,柔性铰链是实现微位移和高分辨率的理想机构。结合空间微动平台的特点：轻量化、小尺寸、尽可能高的一阶共振频率,以及满足平台工作行程、驱动器推力大小、和材料许用应力等要求,通过对柔性铰链公式的详细分析,给出了这类微动平台的设计流程和实例演示,同时也有助于我们理解柔性铰链各参数间的作用和相互关系。     

同步辐射光束线中柔性铰链的研究

详细推导了直圆柔性铰链所受力矩和角偏移量及受力和线性位移之间的对应关系等运动方程;对直圆柔性铰链材料的选取、直圆柔性铰链参数的设计进行了分析;介绍了在同步辐射单色器中以直圆柔性铰链为基础投角、滚角、摆角调节结构。