叶型柔性铰链疲劳分析与寿命预测

柔顺机构在工作时,其柔性部件往往要承受周期性载荷,因此柔顺机构往往比刚性机构更容易发生疲劳失效。研究了叶型柔性铰链的疲劳性能。首先,基于临界平面法疲劳准则,利用修正的叶型柔性铰链应力公式,建立了叶型柔性铰链疲劳寿命预测模型。然后进行了疲劳实验研究,实验结果验证了该模型的可行性与有效性。给出了叶型柔性铰链的位移-寿命(w-N)曲线以及可靠度-位移-寿命(P-w-N)曲线簇,给出了两种叶型柔性铰链疲劳寿命经验公式,可用于不同可靠性要求的场合。最后分析了柔性铰链厚度t对疲劳性能的影响,结果表明随着厚度t的增加,疲劳性能有明显改善。研究结果为叶型柔性铰链的设计提供了重要参考。     

椭圆柔性铰链柔顺机构的动力学建模与分析

以椭圆的离心角为积分变量,得到椭圆柔性铰链的转角计算的积分公式,推导出椭圆柔性铰链的刚度表达式.在此基础上针对一种应用广泛的含椭圆柔性铰链的柔顺机构,建立其动力学模型,得到该机构系统的固有频率计算公式.通过算例分析了该机构的各种参量对系统固有频率以及柔性铰链刚度的影响.     

基于田口方法柔性铰链应力对设计参数的灵敏度分析

针对柔顺机构中柔性铰链在受到连续变载荷反复加载的情况下,其最小厚度处容易产生应力集中并导致疲劳裂纹的产生,最终使得柔性铰链疲劳失效这一问题,以柔顺机构中典型的椭圆型柔性铰链为研究对象,分析其在最小厚度处所产生的最大应力,通过引入田口方法对其所产生的最大应力进行特性分析,找出影响其最大应力的可控因子以及噪声因子进而对其进行正交试验,并采用基于正交试验的灵敏度分析方法,定量地分析各决策变量对其最大应力的影响程度。计算结果表明:椭圆型柔性铰链最大应力的变化是由多个设计变量共同作用的结果,铰链的最小厚度t对其影响最大。基于田口方法的灵敏度分析因其不依靠优化算法,所以可用于分析不可微、离散或隐式表达式的结构灵敏度,从而为柔性铰链的稳健设计提供指导,以提高柔性铰链的疲劳寿命。     

基于响应曲面法的柔顺机构多响应问题稳健优化设计

以细胞注射3自由度柔顺并联微动平台为研究对象,针对柔顺并联机构多响应设计存在不稳定的难题,通过建立以微动平台多方向的铰链柔度为响应变量的精密定位及运动模型,引入响应曲面方法来解决多响应问题,通过揭示柔性铰链各种设计因子对微动定位平台多响应柔度的影响规律,破解了微纳机构多响应设计的难题,最终得到满足多响应柔度约束下的最佳稳健优化设计方案。该方法为满足微纳柔顺机构高、精、尖的可靠性与精度方面严苛要求的优化设计提出了一种新的解决途径,最后通过实例验证了该方法的正确性和有效性。     

考虑摩擦和柔性的机构运动参数模糊动态可靠性分析

因摩擦和柔性的影响,柔性机构运动参数为高度非线性,极限状态方程具有模糊性。为了进行动态可靠性分析,提出了柔性机构模糊响应的动态可靠性分析方法。在多柔体系统动力学分析的基础上,利用人工神经网络方法计算柔性机构模糊随机动态响应的分布特性。根据可靠性要求,计算出模糊动态可靠度。结合空间站柔性展开机构实例进行分析和计算,取得了很好的结果,为柔性机构可靠性分析提供了一种新方法。     

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.     

4种柔性铰链的温度效应比较分析

为了减小温度效应对柔顺机构的影响,比较分析直梁、直圆、椭圆和抛物线型4种典型柔性铰链的温度效应,以便合理选取柔性铰链设计柔顺机构。将柔性铰链划分为2个变截面梁单元,计入温度变化产生的初应变,采用最小势能原理推导出4种柔性铰链的热载荷向量和刚度矩阵,采用拉格郎日方程得出其质量矩阵,得出铰链的力学模型。基于柔性铰链的有限元模型,并以柔顺四杆机构为算例,分别对基于4种柔性铰链的柔顺机构的精度、热应力和热振动进行比较分析,分析结果表明:直圆型铰链的热误差最大,抛物线型次之,椭圆型和直梁型最小;所受热应力由大到小的顺序为直圆、椭圆、抛物线和直梁型铰链;直梁型柔性铰链的热振动谐振频率最小,直圆型和椭圆型次之,抛物线型最大,说明直梁型柔性铰链更容易受动态温度变化影响,但抛物线型在谐振频率处的幅值最大,抛物线型铰链热振动更大。     

柔性悬臂梁柔度6σ稳健优化设计

在柔顺机构优化中如何考虑设计变量的随机波动与外界随机载荷的不确定性干扰成为柔性机构稳健可靠性保障的关键问题。引入6σ稳健设计方法,建立了稳定性优化模型,并对以柔性悬臂梁为载体的柔顺机构进行了柔度稳健优化设计,通过与传统柔性悬臂梁柔度确定性优化结果对比表明,其柔度稳健水平达到了8σ,验证了6σ稳健优化设计具有良好的效果。     

椭圆柔性铰链疲劳失效分析与寿命预测

针对柔顺机构中柔性铰链受到交变对称循环载荷的作用下,使柔性铰链最薄弱处容易产生应力集中,导致柔性铰链疲劳失效问题,以柔顺机构中椭圆型柔性铰链为研究对象,以材料力学中纯弯曲理论为基础,推导椭圆柔性铰链切口处最大集中应力计算公式;利用ANSYS仿真分析,对比验证了计算公式的准确性与可行性;在此基础上,通过引入线性回归方法,建立椭圆型柔性铰链寿命预测模型,既可以预测椭圆型柔性铰链的疲劳寿命,也可以解决疲劳失效问题。通过实例验证了该模型的正确性与有效性,可为其他类型柔性铰链的疲劳失效与寿命预测提供重要参考。     

一种柔顺五杆机构的动力学建模与仿真

以一种柔顺五杆机构为模型,该机构包含柔性铰链与柔性杆。通过伪刚体模型法建立了伪刚体模型,并进行了动力学分析。随后,进行了该机构的频率特性分析以及受力分析,为下一步该机构的设计奠定了的理论基础。