基于有限元方法的柔性铰链式微夹持器优化设计

设计了一种以柔性铰链为转动副的微夹持器。微夹持器采用压电陶瓷驱动，具有结构简单、加工方便、夹持范围大等优点。在设计过程中，采用有限元方法，推导了柔性铰链的刚度矩阵与一致质量矩阵，优化了微夹持器的结构尺寸。为了验证算法的正确性，根据优化后的尺寸建立了几何模型，并利用ANSYS有限元分析软件对夹持器进行了静力学和动力学分析，分析结果与计算结果吻合较好，说明了算法的正确性。     

新型空间大行程微夹持器的设计与分析

针对传统微夹持器夹持范围小、易对物体造成损伤等不足,基于桥式放大机构和杠杆原理设计了一种新型微夹持器.该微夹持器不仅能完成对不同尺寸大小微物体的微夹持操作,还能避免在微夹持操作过程中对微小物体造成损伤或脱落,以及适应不规则微小物体的夹持操作.阐明了夹持器的结构设计原理,根据微夹持臂的工作原理建立了数学模型,计算了微夹持...     

基于柔性铰链的二级放大微夹持器的研究

微夹持器是微装配系统的关键部件,设计了一种以柔性铰链为基础的二级位移放大机构的夹持器,该夹持器由压电陶瓷驱动。计算了夹持器的放大倍数和柔性铰链的节点应力,并对夹持器的最大张合量、放大倍数、夹持力和刚度进行有限元仿真分析。分析结果表明:夹持器的结构设计满足实际应用要求,对实现微小零件的自动装配有实际意义。     

用于微装配的二级放大微夹持器的设计与实验

微装配系统中的重要工具之一就是微夹持器,因此设计了利用压电陶瓷驱动的二级放大的微夹持器并利用Pro/E对其建模,计算了其放大倍数和节点应力,同时采用有限元方法对所设计的微夹持器进行张合量、放大倍数、应力、刚度及夹持力的分析计算,最后对微夹持器进行试制,实验测试,测试结果表明该微夹持器设计合理,基本符合要求。     

新型集成三维微力检测微夹持器

提出了一种以压阻检测技术为基础,压电陶瓷为微驱动元件,具有两级位移放大且集成三维微力传感器的微夹持器。采用有限元软件对微操持器放大机构和传感器弹性体进行分析,并给出了传感器的标定方法。实验证明,该传感器具有无耦合、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点,满足了预计的设计要求,传感器最大量程为10 mN,X向与Y向的分辨率均为2.4 μN,Z向的分辨率为4.2 μN;同时也验证了所设计的微夹持器的合理性和实用性,当压电陶瓷驱动电压取200 V时,微夹持器的张合量达到最大值274 μm。     

基于柔性并联机构的变刚度夹持器设计分析

提出一种新型双夹爪变刚度夹持器,每个夹爪是一个由四根对称旋转柔性支链组成的变刚度柔性并联机构（VSFPM）。夹持器由两个电动机驱动,其中一个宏动电动机用于控制夹爪的开合运动,适应被抓取物体的几何尺寸;另一个微动电动机用于控制柔性支链的旋转角度,以调整夹爪在开合方向的刚度,实现变刚度柔顺抓取,提高对被抓取物体几何形状、材料属性的适应能力。基于刚度投影方法,分析了基于旋转支链柔性并联机构在夹持方向上的变刚度原理;应用基于伴随变换的刚度分析方法,求得了夹爪在任意旋转角度下的刚度模型;通过有限元仿真分析,验证了刚度模型的准确性。此外,有限元分析结果表明,提出的VSFPM机构具有较大的刚度调整范围（0.178~9.663 N/mm）,为变刚度柔性夹持器设计提供了新的思路和方法。     

基于MEMS机构装配的微夹持器研究

微夹持器作为末端执行装置,直接决定了微装配的效率。MEMS机构中包含许多微小的活动部件和功能元件,为实现这些微小器件的稳定夹取和自动装配,设计了一种采用压电陶瓷驱动、基于柔性铰链的二级放大微夹持器结构。对该微夹持器的节点应力、刚度及最大张合量等进行了分析计算,并对微夹持器进行了试制。实验与分析结果表明,该夹持器最大张合量是245μm,放大倍数约为12.3倍,满足MEMS机构的装配要求。在此基础上,重点对张合量与夹持力进行了系统测试,通过对测试数据的非线性回归,推导出99.99%可靠度的驱动电压计算公式,实现了微夹持的精确控制。     

复合式MEMS微夹持器研制

研制了一种针对亚毫米微小构件实施稳定夹取及可靠释放的微夹持器,应用MEMS体硅工艺将静电梳齿驱动与真空驱动集成构成复合式驱动,设计了微夹持器静电驱动控制系统以及真空控制系统。在80V的驱动电压下,微夹持器末端夹爪位移25μm。设计了两种尺寸的微夹持器,一种张合量为100µm～150µm,另一种为150µm～200µm。针对100～200µm的小球进行了微操作实验,实验结果证明静电梳齿驱动结合真空吸附能够使夹取操作更加稳定,基于闭环控制的正压气流能有效克服小球与夹爪之间的粘附力,实现了可靠的释放操作。     

压电驱动微夹持器特性分析

针对微夹持器的大行程、低耦合等要求,采用桥式机构和杠杆机构设计了一种新型三级放大微夹持器。根据柔性机构学、弹性力学和动力学原理,优化了桥式机构的固定位置提高微夹持器的动态特性,建立了微夹持器的理论位移放大模型、耦合误差模型和动力学模型,获得了微夹持器的输出位移特性与动态特性。应用3D打印和线切割加工技术加工出微夹持器实体,通过理论、仿真和实验数据对比验证了理论模型的正确性,微夹持器的位移放大倍数达到了19. 7倍,固有频率为223 Hz,与实验数据的误差均在10%以内波动,工作行程达到了750μm同时耦合误差仅为工作行程的0. 35%,实现了微夹持器大行程、高精度、低耦合和良好的动态特性。     

一种平行导轨间柔性联接装置的有限元分析

根据柔性铰链的工作原理设计了一种平行导轨间的柔性联接装置,这种装置在平行导轨作直线往复运动时,能够通过装置自身的弹性变形消除由于平行度误差所产生的几何约束力。利用有限元分析软件ANSYS,对常用结构形式柔性铰链力学特性进行分析,最终确定柔性连接装置中柔性铰链的尺寸参数。     

塔式起重机两种软附着系统抗扭性能的有限元分析

利用有限元技术对塔式起重机(简称塔机)的两种软附着型式--"#型布置"和"×型布置"进行了分析计算,摸索出两种不同形式的软附着对塔机抗扭性能的影响因素,从而制定有效的应对方案.     

轧机工作辊有限元分析

四辊轧机在工作过程中,工作辊既承受工件的变形抗力,又承受轧机轧制力和弯辊力的共同作用,造成辊身应力状态复杂。为保证轧辊的合理与优化设计,采用有限元方法针对轧辊工作过程进行分析,提出了一种有限元模型建模方法,准确计算出工作辊在工作过程中的变形和应力分布。计算结果为轧辊的结构改进与优化设计提供依据,以提高轧机的设计水平。     

有限刚体元方法在微扑翼飞行器翅翼动力分析中的应用

仿生微扑翼飞行器的翅翼具有较大的柔性,并有较大的变形。寻求一种翅翼动力分析的方便、有效的方法是翅翼机构设计和分析的关键问题之一。将有限刚体元(Rigid Finite Element)方法应用于翅翼的动力分析,包括一般有限刚体元方法和改进的有限刚体元方法。研究表明,当翅翼的分段数目达到一定数目的时候,有限刚体元方法的计算结果与采用有限元方法的计算结果相差不大,而前者具有简单、方便、省时的优点。     

基于多微凸体有限元分析的超弹TiNi合金磨损机制

对三种不同超弹性的TiNi合金及20MnV钢表面多微凸体在法向栽荷作用下的模型进行了有限元分析，并对超弹TiNi合金的磨损机制进行了探讨。结果表明，由于TiNi合金具有较高的最大弹性变形量，在相同栽荷下，表面上参加接触的微凸体数目随着超弹性的增加而增多,产生的弹性接触面积及最大Mises弹性应变要明显大于20MnV；塑性接触面积及最大Mises塑性应变相对减小。弹性变形能力的增强和塑性应变的减小可以使TiNi合金缓解外部的冲击并能够在磨损过程中抵抗较多的循环栽荷，从而表现出良好的耐磨性。     

基于ANSYS联轴节的有限元分析

利用APDL语言对联轴节进行参数化建模,通过接触对建立了外套、内套与轴之间的关系,通过ANSYS软件得出了安装完毕后各部件的应力分布云图,找到了外套与内套的危险区域,得出了外套内表面、内套内外表面的径向应力沿轴线的分布曲线,通过对内套与轴的接触强度曲线的分布曲线分析,说明了联轴节连接的可靠性。在安装建模的基础上,对联轴节受扭矩时的工作状况进行了分析,通过MPC点施加扭矩,得出了联轴节整体应力云图,再次对内套与轴的接触强度进行分析,说明了传递扭矩的可靠性,为联轴节的设计提供了理论基础,为其进一步的优化设计提供了可靠的理论依据。     

微钻头刚度的有限元分析

模拟微钻头螺旋槽和后刀面的刃磨过程,用Unigraphics(简称)软件建立微钻头的三维实体模型。以非共轴螺旋面钻尖为研究对象,分别改变钻芯厚度与钻头直径之比、钻头的螺旋槽长度以及螺旋角,利用有限元软件ANSYS对钻头的扭转刚度、弯曲刚度和受压刚度进行计算分析,为钻头的结构优化设计、提高刀具切削性能和耐用度的研究提供了基础。     

微磨粒冲击陶瓷材料的有限元模拟

介绍了微细磨粒喷射加工技术的原理和应用,分析了微粒冲击有限元的研究现状,运用ANSYS／LS—DYNA对微粒冲击过程进行了有限元模拟,选择Johnson Holmquist Ceramics作为靶材的本构模型和失效模型,运用LS—DYNA求解器对微粒冲击陶瓷过程进行了计算与仿真,分析了微粒的冲蚀机制,得出了凹坑深度以及直径、材料的去除率随冲击速度的变化曲线。