柔顺机构的频率特性分析

以伪刚体模型为基础对平面柔顺机构的频率特性进行了详细的分析,并分别就机构截面参数、结构尺寸、材料参数对频率的影响进行了讨论;针对柔顺机构材料特点提出了新的频率特性比较指标,给出了数值算例,验证了评价指标的可靠性。     

柔顺机构动力学建模新方法

由于柔性杆大变形所引起的几何非线性因素的影响,柔顺机构动力学模型的建立变得更加复杂、困难。基于此,在充分考虑柔性杆大变形特性的基础上,基于简化思想,提出一种柔顺机构动力学建模的新方法。该方法主要以末端受纯弯矩、垂直力以及固定—导向等3种模式下的柔性杆为研究对象,根据欧拉—伯努利方程,并结合伪刚体模型所得边界条件,利用最小二乘原理,拟合柔性杆的变形曲线方程;通过求解变形曲线对时间的导数,得到其上任意点的速度,进而推出柔性杆的动能表达。基于伪刚体模型,根据功能转换关系,推导出柔性杆的变形势能。在此基础上,建立平行导向柔顺机构的动力学模型。最后,结合具体算例,通过对几种不同模型所得系统频率比较分析,验证了该方法的有效性。     

柔顺机构柔顺关节的动应力分析

以伪刚体动力学模型为基础，对一个平面柔顺导向四杆机构柔顺关节处的动应力进行了详细的分析，并针对柔顺机构运动特点研究了柔顺杆的运动效果对动应力的影响，给出了数值算例，验证了结论的正确性。     

柔顺机构PRR伪刚体模型的研究

在已有伪刚体模型的基础上,将柔顺机构里大变形柔顺杆的轴向变形和横向变形的影响都考虑进去,增加伪刚体模型的自由度,提出一种具有两个转动副和一个移动副的多自由度伪刚体模型。该模型将4个不同长度的刚性杆件用一个拉压弹簧和两个不同刚度系数的扭转弹簧依次连接,进而建立柔顺机构中大变形柔顺杆的PRR伪刚体模型。模型的参数运用二维搜索和线性回归法求得。通过数值分析计算,将该伪刚体模型与1R、和PR伪刚体模型以及柔顺杆的末端轨迹进行分析对比,验证了PRR伪刚体模型能够更加精确地反映柔顺杆末端轨迹的变形特征。     

柔顺机构中大变形柔性梁的2自由度伪刚体模型

针对柔顺机构中的大变形柔性梁,提出了一种新的伪刚体模型,即"两自由度伪刚体模型"。通过对模型末端倾角的进行参数化近似得出了模型最优特征半径系数,然后应用线性回归方法得到了模型的刚度系数。该模型能精确模拟柔顺机构中大变形柔性梁的变形轨迹和变形角度。最后通过末端轨迹的对比说明了该模型的优越性。     

大变形柔顺机构的驱动特性研究

基于“伪刚体模型法” ,分析研究了当给定从动件的变形或给定其运动规律时大变形柔顺机构原动件的驱动问题。首先对柔顺机构中不同柔性元件的运动轨迹进行了分析 ,给出了其“伪刚体模型”中主要结构参数的确定方法。在此基础上 ,研究了当从动件产生预期的变形或满足给定的运动规律时 ,求解原动件驱动力矩的一般方法。最后通过算例说明了方法的有效性。     

一种全柔顺六稳态机构的设计

多稳态机构因不需输入能量就可保持多个稳定平衡状态而在生产生活中得到越来越广泛的应用。全柔顺多稳态机构免装配、无摩擦、低能耗,但因为柔顺片段大变形时容易产生应力集中、输出非线性等原因,全柔顺多稳态机构的设计难度较大。提出一种全柔顺六稳态机构的设计方法,由两个临界跳转力不同的双稳态机构和一个柔顺片段组成机构,成功实现六个稳定平衡状态。对柔顺片段用伪刚体模型法建模,并通过比较两部分结构的力-位移特性给出机构具有六个稳定平衡状态的条件,从而避免了非线性分析;考虑机构的实际运动给出柔顺片段的刚度范围计算公式,设计者可据此选择合适的刚度完成全柔顺六稳态机构的设计。用ANSYS得到的输出力特性和样机测试证实了该设计方法的正确。     

基于附加弹簧双滑块四杆机构的柔顺恒力机构设计

给出一种基于伪刚体模型的柔顺夹持器设计方法。基于附加弹簧双滑块四杆机构构造了一种具有恒力特性的柔顺夹持机构。建立了机构位置分析模型,利用虚功原理构建运动静力学方程,分析弹簧刚度对机构输出特性的影响,获得了具有一种恒力特性的柔顺夹持机构设计方法。基于伪刚体模型,将附加弹簧以柔性模块替代,得到一种新型柔顺恒力机构。利用有限元分析软件验证该机构理论模型建立柔顺恒力机构的可行性;构造了一种具有对称结构形式的新型柔顺恒力夹持器。该柔顺恒力夹持器的设计方法也可应用于其他类型附加弹簧机构的非线性刚度特性柔顺机构设计。     

一种2自由度柔顺移动并联机构研究及其在对接装置上应用

利用伪刚体模型研究了柔性曲梁的弹性回复力和刚度特性,推导出了柔性曲梁的直线刚度表达式,其结果表明通过改变曲梁的预变形量可以改善曲梁的刚度特性,使其具有近似线性化刚度特点。利用该特点,提出了一种双曲梁支链结构形式。结合伪刚体模型和螺旋理论,探讨了该双曲梁支链的自由度和运动特性,进而设计出了一种2自由度柔顺移动并联机构。根据机构运动特点,推导出了其简化运动学和动力学方程,给出了并联机构平台的工作空间和刚度性能,对并联机构平台的极限扭转力矩进行了研究,并制作了柔顺移动并联机构实物样机,对其运动特性进行了试验验证。最后,将2自由度柔顺移动并联机构应用于无人艇水样对接装置设计,利用ADAMS仿真了对接过程,结果表明,该装置能在有较大的径向平移偏差和角度偏差的情况下,完成公头和母头的柔顺对接。     

部分柔顺翅翼机构及其动力学分析

提出将包含"固定-铰接"的柔顺片段的部分柔顺机构作为微扑翼飞行器的翅翼机构。在简要介绍刚性、含弹簧和部分柔顺三种翅翼机构的结构和特点之后,利用伪刚体法对部分柔顺翅翼机构进行了动态静力分析,并将结果与相同条件下刚性及含弹簧的翅翼机构进行了比较。研究表明部分柔顺和含弹簧的翅翼机构都能明显地减小刚性翅翼机构的运动副反力和平衡力矩的峰值,而在一周期内部分柔顺翅翼机构运动副反力和平衡力矩的平均值比含弹簧翅翼机构的平均值的要小。通过验证,这些结论在不同的曲柄转速下是相同的。     

一种新的平面机构自由度通用计算公式

传统平面机构自由度计算公式缺乏考虑公共约束、虚约束和局部自由度,难以通用于平面机构自由度计算,且机构增减构件后需重新求解。基于构件对于机构输入和输出运动关系的实效性影响,建立一种新型平面机构自由度通用计算公式。研究了虚约束、公共约束、局部自由度与机构自由度代数关系,定义平面机构有效构件、有效环路、广义高副概念等作为公式变量。新公式不需考虑低副和复合铰链,可以直接套用各类平面机构,克服了传统公式存在的不足。同时,新公式基于机构有效闭环划分,明确机构的基本组成单元——构件对其自由度影响,能够有效解决平面机构变形后自由度计算问题,避免重复查算。实例对比说明了新公式的简便性和正确性,且可以应用于传统公式失效或不易求解的平面机构。     

平面齿轮机构自由度的计算方法

齿轮副中,当两轮的转动中心被同一构件所约束时,提供一个平面高副,引入一个约束。当两轮的转动中心不是被同一构件所约束时,提供两个平面高副或相当于一个平面低副,引入两个约束。     

空间并联机构的自由度分析

综述了空间并联机构自由度的分析与计算方法,在此基础上具体分析了几种典型的并联机构的自由度.对于特殊的空间并联机构,也介绍了一种确定动平台自由度及其运动类型的方法.     

传递矩阵法分析平面柔顺机构的振动特性

为了分析柔顺机构的动态性能和力学传递关系,提出一种新型的基于传递矩阵法的振动力学模型。柔顺机构由若干个柔性铰链与杆件顺序联接而成,采用传递矩阵法描述其力学状态量的传递关系。将柔性铰链视为拉伸和弯曲变形的弹性梁,应用材料力学理论建立反映其自振性能的传递矩阵。将杆件视为刚体,采用动量矩定理建立其动力学模型,得到描述振动刚体的传递矩阵。按照柔顺机构的联接形式,将每个元件的传递矩阵进行拼装,得到系统总传递矩阵。总传递方程以柔顺机构的边界点状态矢量为未知变量,矩阵中的元素为机构结构参数和频率的函数。应用边界条件,可得柔顺机构的特征方程,通过求解方程可得系统的固有频率和振型。将外力纳入传递矩阵,建立反映外力激励与系统的关系的扩展传递矩阵以求解系统的频率响应。通过2种常用平面柔顺机构的动态性能分析,结果表明所建立模型的正确性,能精确描述柔顺机构力学传递关系。     

平面零自由度运动链的分类及应用

本文论述了平面零自由度运动链的研究工作的实用意义和理论价值。首先根据平面零自由度运动链的结构特点对其进行了系统的分类，然后介绍了基本刚性链的重要性质及其在机构综合中的应用，最后还给出了一种利用基本刚性链来表示阿苏尔杆组图谱的简明而有效的方法。     

二自由度串联开链空间机构轨迹求解与仿真

结合空间开链机构的研究现状在对二自由度关节型空间开链机构末端轨迹曲线进行分析求解过程中,发现末端点轨迹难于直观表达和利用VC语言在解析公式的基础上进行图谱库的编程较复杂等问题。提出一种新的轨迹求解方法即利用SimMechanics对机构进行快速的建模与仿真。从而达到简化二自由度空间开链机构轨迹计算过程的目的,并且为以后空间开链机构轨迹综合和期望轨迹机构的设计提供技术依据。最后文章通过与传统计算方法对比验证了所提方法的有效性。     

一种平面二自由度并联机器人的设计空间及其灵巧性分析

提出一种新型平面二自由度并联机器人机构,其运动平台具有较小的惯量,且其输出为平面内的平动。以不同于传统的分析方法,综合考虑机器人驱动滑块的行程与机器人机构的几何尺寸,对它们量纲一化,得到了该机器人的设计空间。在设计空间内计算灵巧性性能指标值,并绘制了该机器人的灵巧性性能图谱。灵巧性性能图谱反映了该机器人灵巧性性能指标与机器人运动学参数之间的一一对应关系。该灵巧性性能图谱对于该新型机器人机构的设计是极为有用的,这里提出的新方法也为以移动副为驱动的并联机器人的机构设计提供了一种简单、全面而有效的新途径。     

含大变形柔顺杆的柔顺机构应变分析

为了描述含大变形柔顺杆的柔顺机构的动力学特性,需要建立其动力学模型。利用有限元法描述柔顺杆件的变形,根据Lagrange方程建立了含大变形柔顺杆的柔顺机构的动力学方程。在此基础上,推导了柔顺机构中大变形柔顺杆上任意一点的应变的算法,计入了应变中的非线性应变项——附加拉压应变。以平行导向柔顺机构为例,将理论计算结果与实验结果进行对比和分析,相互验证了实验系统和理论模型的有效性和正确性。