柔顺机构的传力效益分析

基于柔顺机构的伪刚体动力学等效模型,结合刚体机构的做功与能量转换原理以及瞬心法,对柔顺机构的传力效益进行了分析,推导出了柔顺机构的力传递效益与机构位置关系的表达式.算例结果显示,采用伪刚体法分析的柔顺机构传力效益与实际效果吻合较好.     

多输入多输出柔顺机构几何非线性拓扑优化

多自由度柔顺机构在微动精密定位和精密操作等领域有广泛的应用,柔顺机构拓扑实际上是一个几何非线性问题,因而研究多自由度柔顺机构几何非线性拓扑优化就显得十分必要.基于此,给出一种多输入多输出柔顺机构几何非线性拓扑优化设计的新方法.首先,建立增量形式平衡方程,采用Total-Lagrange描述方法和Newton-Raphson载荷增量求解技术获得几何非线性的结构响应.其次,推导描述多输入多输出柔顺机构柔性的几何增益公式和描述机构刚性的应变能公式,研究抑制耦合输出策略,给出描述输出耦合效应的计算公式,在此基础上建立考虑抑制输出耦合效应时多输入多输出柔顺机构的多目标几何非线性拓扑优化数学模型.目标函数敏度分析采用伴随求解技术,拓扑优化采用固体各向同性材料插值方法,并用移动近似算法进行迭代求解.最后,通过算例说明以上方法的正确性和有效性.研究结果表明,拓扑优化后柔顺机构可以按照预定要求运动,输出耦合现象得到了有效抑制,同时也说明了对柔顺机构进行几何非线性拓扑优化的必要性.     

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。     

快速反射镜中柔顺传动机构应用与研究现状

从柔顺传动机构自身运动特点出发,介绍了应用在快速反射镜中较典型的柔性支承传动结构,对国外早期几款比较有特点和现阶段较为先进的快速反射镜从驱动方式、结构布局、支承传动、工作原理等方面进行了介绍和分析。针对目前柔顺传动机构的研究情况,归纳了应用在快速反射镜中柔顺传动单元的设计方法、空间机构构型、刚度分析以及整体动力学分析方法等。最后对快速反射镜中柔顺传动机构的研究和发展方向作出了总结。     

平面柔顺机构力学特性的研究进展

柔顺机构是一种利用自身构件(杆件)的弹性变形来实现运动、力的传递及能量转换的新型装置。综述了平面柔顺机构在力学特性方面的研究进展,包括机构的静力学、运动学和动力学。最后,针对现阶段柔顺机构中存在的问题进行研究分析,并展望未来的发展方向。     

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。     

考虑疲劳性能的柔顺机构拓扑优化设计

柔顺机构需要承受多次往复运动,交变应力导致机构容易发生疲劳损伤及失效.为了满足疲劳性能要求,提出一种考虑疲劳性能的柔顺机构拓扑优化设计方法.考虑恒定振幅的比例载荷作用,采用修正的Goodman疲劳准则评定柔顺机构的疲劳强度,以柔顺机构的输出位移最大化为目标函数,以疲劳性能和结构体积作为约束,采用改进的P范数方法进行疲劳约束凝聚,建立基于疲劳性能约束的柔顺机构拓扑优化模型,利用映射过滤方法避免数值不稳定性现象,采用移动渐近优化算法求解柔顺机构疲劳约束拓扑优化的多约束优化问题.数值算例结果表明基于疲劳约束拓扑优化获得的柔顺机构能够满足疲劳要求,机构的von Mises等效应力分布更加均匀;并且分析不同的作用载荷条件对柔顺机构构型及其性能的影响规律.     

基于伪刚体动力学模型的柔顺机构驱动特性研究

基于柔顺机构的等效伪刚体动力学模型,对柔顺曲柄滑块机构的驱动问题进行了研究.当给定从动件的运动规律时或者当从动件产生预期变形时候,分析了求解原动件驱动问题的一般方法,并与有限元分析方法进行了比较,结果表明该方法有效.     

一种新型柔顺机构设计方法的研究

大变形柔顺机构的设计由于几何非线性的关系,需要利用有限元软件分析研究,而不同宽度的梁单元在有限元建模时并不符合实际机构的设计。提出一种柔顺机构连接器,通过连接器与不同梁单元的连接可以构成不同的柔顺机构,而对同一种柔顺机构由于不同的输入与输出,也会发生不同的变形。其次,对柔顺机构连接器进行有限元建模。最后,对设计域内的柔顺机构建立了拓扑优化设计的数学模型,从而可以通过数学模型的求解找到设计域内最优的设计方法。     

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.     

全柔性机器人机构结构动力学分析方法研究

全柔性机器人机构是一种新型机构,多用于高精度的场合。由于其动力学性能会影响其终端的定位精度,因此,有必要对其结构动力学进行研究。具体将全柔性机器人机构作为结构体,分别采用理论简化建模、有限元和试验测试三种方法对其进行了结构动力学方面的研究,并进行了实例分析。首先通过理论简化建模计算出全柔性机器人机构的固有频率,采用商用有限元软件对该机构进行了模态分析,并对该机器人的模态频率进行了试验测试。有限元分析及试验结果均表明了简化模型计算结果有一定的精度。     

A new type of compliant spatial four-bar (RSSR) mechanism

This paper presents a novel study on the analysis and design of a new type compliant spatial four-bar (RSSR) mechanism. To the best of our knowledge, any research on compliant spatial mechanisms which possesses out of plane motions is not available in the literature. This study introduces enumeration and novel approach for the analysis and design of such mechanisms. The analysis and design are performed with the pseudo-rigid-body model (PRBM). Since there are numerous applications of rigid spatial four bar mechanisms, it is strongly believed that a compliant version of such mechanisms may find many applications.     

The main achievements in the past 24 years and the prospects of mechanism research in China

Since 1982, the symposiums on mechanism in China has been held fifteen times. In the past 24 years, Chinese mechanism has experienced a phenomenal development. Generally, fundamental research on traditional mechanisms is enhanced; mechanism and creative design of products are closely combined; modern mechanism with advanced and new technology is opened up; and mechanism is promoted to modernization. These are manifested in the following aspects: theory research on analysis and synthesis of traditional mechanism is deeply developed; computer-aided design on mechanisms is realized vigorously; conceptual design of mechanism system and mechanical products is energetically pushed; research on robot mechanisms and its industrial application is deeply developed; research on analysis and synthesis of controllable mechanisms and compliant mechanisms are energetically carried out; research on the dynamics of mechanisms and machines is vigorously developed; and reformation of teaching contents and system of mechanism is energetically carried out. Through the above-mentioned aspects of theory research and practical application, the theoretical and academic levels of Chinese mechanism can be considered at the advanced international level. However, there are not many original and breakthrough research achievements of fundamental research in China. In the meantime, there is a larger gap in the aspect of practical application of mechanism in the country compared with advanced countries in the world.     

拓扑优化技术在机翼前缘设计中的应用

针对柔性机构实现机翼前缘变形问题,应用连续体拓扑优化技术,以实际位移与目标位移之间的偏差为目标函数,材料用量和屈服应力为约束,并考虑到机翼表面受载荷约束等实际情况,建立SIMP(solid isotropic material with penalization)密度刚度插值的拓扑优化模型。分别采用Mat-lab及Ansys软件对柔性机构优化设计和仿真分析,并最终进行了铝合金实物模型形变实验。研究结果显示:机翼前缘断面模型在0~1 N/mm均布外载约束下,可实现0~6.7°理想的机翼前缘变形。     

柔性平行导向机构的静刚度分析

柔性机构是一种新型机构。作为一类最简单的柔性机构 ,柔性平行导向机构被广泛应用在精密定位场合。由于在精密操作中要求机构具有很高的定位精度 ,而机构的静刚度在很大程度上决定着这一指标。针对静刚度分析的重要作用以及目前对机构静刚度分析中存在的不足 ,采用结构分析中的柔度矩阵法建立了一种新的用来分析机构静刚度的理论模型。其结果相对原有模型更接近有限元仿真的结果     

大负载高精度光栅拼接柔顺并联机构的设计方法

由于加工工艺的限制,通常采用多块小口径光栅机械式拼接的方法来制备大尺寸光栅。为保证打靶成功,要求光栅拼接机构可以实现纳米级的运动精度。基于压电陶瓷驱动的柔顺并联机构可以达到纳米级的运动精度,但是柔性关节的引入降低了机构的承载能力。为解决柔顺并联机构中存在的“大负载”与“高精度”之间的矛盾,引入驱动与承载单元解耦的思想,基于约束设计法提出一种满足大口径光栅拼接机构大行程、大负载、高精度要求的新型光栅拼接柔顺并联机构,该机构具有刚柔混合、串并混联、三面正交、单点支撑、存在一条恰约束被动支链的特点。为实现光栅拼接机构的高精度运动,对设计的新型光栅拼接机构进行运动学分析,并搭建试验系统测试拼接机构的运动精度。试验结果表明利用所提设计方法设计的光栅拼接柔顺并联机构能满足拼接机构的任务要求。     

模拟柔顺机构中柔顺杆件末端特征的2R伪刚体模型

柔顺机构是一种新型机构,其中包含的柔顺杆件会因为产生大变形而导致分析起来十分复杂。伪刚体模型能够简化柔顺杆件的大变形分析。基于伪刚体模型的原理,针对柔顺机构中的柔顺杆件,提出以末端转角参数化近似方法为基础的2R伪刚体模型。该模型用两个不同劲度系数的扭转弹簧连接3个不同长度的刚性杆件,并用特征半径系数表征刚性杆件的长度,用刚度系数表征扭簧的扭转能力,通过二维搜索得到模型的最优特征半径系数,应用线性回归方法得到模型的刚度系数。该模型能准确模拟柔顺机构中柔顺杆件的末端变形轨迹和变形角度。推导柔顺杆件和伪刚体模型变形时的应变能公式,通过数值对比,从能量角度评价伪刚体模型储存应变能的能力。     

一种三自由度全柔性并联微动激振台的设计

根据工程多维振动模拟的需要,设计了一种非对称全柔性3-RRRP微动并联激振台机构。在普通非对称3-RRRP并联机构基础上,将机构中的普通关节全柔性化,形成新型全柔性微动并联机构,在全柔性并联机构的主动件处施加单自由度的压电陶瓷激振器,设计出全柔性的多维微动激振台,经理论分析,发现该振动台具有三平移的微振动模拟输出。最后,对之进行了ADAMS软件仿真模拟,模拟结果显示,此种全柔性多维微动激振台可以以单层结构实现不同方向单自由度的平动振动模拟,也可以实现多维(二自由度或三自由度)微动振动的模拟输出,且激振输入与振动输出运动学完全解耦,具有相同的振动规律与振动频率,容易控制。