含柔性铰链柔顺机构的驱动性能分析

以含柔性铰链的平面柔顺曲柄连杆机构为研究对象,建立伪刚体模型.通过对伪刚体模型进行动力学分析,推导出一种新的含柔性铰链的平面柔顺机构驱动力矩的计算方法.算式表明,平面柔顺机构的驱动特性与机构中柔性铰链之间存在着内在关系.根据算例分析结果可知,含柔性铰链的柔顺机构的最大驱动力矩可通过改变柔性铰链的刚度和柔性铰链未发生变形时机构的初始位置来减小.计算了当柔性铰链的刚度及初始位置达到最优时最大驱动力矩的缩减比,为平面柔顺机构的优化设计提供了依据.     

超磁致伸缩驱动微夹钳研究

为了克服现有微夹钳夹持力和夹持范围不足的问题,以超磁致伸缩材料（GMM）为驱动源提出了一种新型的微夹钳.利用GMM棒在磁场变化时发生伸缩形变提供驱动力,并采用柔性铰链和杠杆机构对输出位移量进行放大,分析并优化磁回路以减小损耗.对超磁致伸缩驱动微夹钳进行了性能测试,结果表明所提出的微夹钳具有夹持范围大、响应速度快、夹持力易控制的优点.     

微定位器中柔性铰链结构的有限元分析及改进

微定位器是微机械系统精密加工、纳米技术的重要组成部分，柔性铰链结构则是微定位器的核心部件。利用有限元分析软件ANSYS，对两种常见铰链进行了分析，研究了其几何参数对结构的刚度、运动方向精度的影响；证明了在微动范围内，柔性铰链结构的刚度不随输出点的线位移的大小变化而变化，是常数，且刚度与结构的运动方向精度不成简单的线性关系。在此基础上，提出一种改进型柔性铰链结构，各项性能指标得到了改善。     

考虑全柔性单元复杂变形的微位移放大机构刚度分析

提出一种考虑全柔性单元复杂变形的平面柔性机构刚度分析方法, 除将底座视为刚性单元外, 其余全部视为柔性单元, 然后根据力平衡方程即可得到机构整体刚度.该方法综合考虑了各柔性单元在各向的变形, 使得分析结果更接近实际情况, 同时避免了其他方法需要单独处理的柔性单元与刚性单元的位移协调问题, 可大大减少计算量.应用多种方法对一种微位移放大模块的刚度进行了研究.全柔性单元法的分析结果更接近ANSYS仿真结果, 并表明机构的整体刚度K与动力臂和阻力臂的比值有关, 两者相等时近似取得最小值, 为刚度与阻力臂的关系曲线拐点, 分析结果对给定刚度的杠杆放大机构参数设计具有重要意义.     

基于柔性铰链放大的压电叠堆泵

基于压电和精密驱动技术,利用压电叠堆作为驱动器,结合柔性铰链位移放大机构设计了流体泵样机,进行了试验研究。分析了压电叠堆Tokin AE0505D16的滞环特性,从理论上研究了该压电叠堆的刚度特性和快速响应特性。设计制造了用于位移放大的柔性铰链放大机构,对柔性铰链放大机构扭转变形和转角刚度的影响因素进行了理论分析,确定了所设计的柔性铰链放大机构各结构参数;测试了柔性铰链放大机构在不同电源激励下的动态响应、幅频特性、迟滞特性、输出力与输出位移特性,得出了影响放大机构放大倍数和输出特性的因素。利用有限元分析软件对放大机构进行了分析,进一步验证了放大机构的可行性和安全性。通过改变试验参数(电压、频率),对压电叠堆泵样机进行了实验研究,分析了输入电压、输入频率对泵输出流量和输出压力的影响程度。     

倒圆角柔性铰链位移传动机构的设计和分析

为了减少单方向上的装配空间,设计一种倒圆角柔性铰链的位移传动机构,用于改变压电型直线促动器的力-位移方向。利用Matlab对倒圆角柔性铰链的刚度计算公式编程,分析各设计参数对刚度的影响程度。通过对固定端的柔性铰链的强度分析以及机构的传动要求,确定合理的设计几何参数,并基于ANSYS有限元分析对设计进行验证。结果表明：这种设计方法更加简洁、准确、快捷。为此类传动机构设计提供一定的依据。     

基于压电陶瓷驱动的新型快速伺服刀架设计

快刀伺服技术被广泛应用在军事、医学等领域,可实现微透镜阵列等复杂面型零件的加工。针对快速伺服装置中直圆型柔性铰链易疲劳的问题,引入平面柔性铰链设计了一种基于压电陶瓷驱动的新型快速伺服刀架。结合设计要求,利用理论知识对平面柔性铰链进行参数设计。对刀架结构进行有限元分析,验证参数选用的合理性。分析结果显示,基于参数设计的快速伺服刀架达到了加工要求,为刀架的后续研究提供了一定的理论基础。     

直角柔性铰链平行四杆机构的导向位移分析

为了实现对直角柔性铰链单平行四杆机构的精确定位,根据结构的对称性建立了导向位移分析的单支链模型,引入奇异函数法推导了直角柔性铰链单平行四杆机构的导向位移计算公式;利用ANSYS10.0软件对线切割加工的样件进行有限元仿真,分析了实验值与理论计算值及有限元仿真值之间存在误差的原因.结果表明,在弹性变形内,机构的导向位移与外力成近似线性关系;理论模型与有限元法所得结果相近,误差为1.64%,但与实验所得结果存在约5.76%的误差.机构的加工误差、材料的组织缺陷及加工过程中的加工硬化现象等因素都会使得实验值偏离理论值与仿真值.     

基于PZT的面内压电微驱动器力学分析

基于PZT的面内压电微驱动器是一种能够在面内产生水平运动的微型驱动器,由下层的Si单质和上层的PZT组成.通过施加电场,使驱动器末端产生位移来实现驱动功能.本文通过将整个驱动器划分为横梁和斜梁,以横梁和斜梁连接处位移相等为条件,求出二者连接处的受力大小,进而给出微驱动器在z方向电场作用下y方向上的形变关于各个结构参数及电场的函数表达式.     

一种用于柔性微纳器件压阻性能训练的拉伸仪

在柔性微纳传感器件研制过程中,需要利用拉伸测试装置对器件进行压阻效应性能的训练,针对现有拉伸测试装置精密性差、稳定性弱、适用范围小及可操控性差等弊端,设计并制备一种应用于压阻响应训练的拉伸仪。该拉伸测试装置由控制部分、传动部分和夹持部分三部分组成,详细介绍了各部分的设计原理及方案。并制作样机,将自研制柔性微纳器件作为样本,进行测试,实现其压阻响应的稳定输出,最终用于监测人类的肢体运动。该装置可为柔性微纳器件的压阻、拉伸、疲劳等测试提供一种便捷的工具。     

Analysis of the Micro-Rotation Compliant Mechanism Based on the Corner-Filleted Flexure Hinges

基于直梁圆角型柔性铰链的小转角柔顺机构

鄢永耀^1,2,刘伟¹ ,颜昌翔¹ ,付锦江^1,2

（1.中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 130033;

2.中国科学院大学,北京 100049）

创新点说明：

1）通过对称变换和坐标平移的方法较为简单方便的推导出了直梁圆角型柔性铰链的柔度公式;

2）设计了一种由8个直梁圆角型柔性铰链组成的适用于某快速微调装置中的小转角柔顺机构

研究目的：

根据研究的直梁圆角型柔性铰链柔度公式及小转角柔顺机构力学特性,对某快速微调机构的旋转部分进行结构设计及优化。

研究方法：

1）对称变换及坐标变换的方法（理论计算）;

2）三维建模和有限元分析;

3）建立优化模型及运用matlab软件的fmincon优化指令。

结果：

1）推导了直梁圆角型柔性铰链的柔度公式;

2）设计了小转角柔顺机构,并推导出了工作力矩/刚度的理论公式;

3）根据某快速微调机构的技术要求,进行了结构设计及优化。

结论：

1）本文通过采用对称变换及坐标变换的方法,相比于传统的微积分直接计算更加简单方便的推导出了倒圆角柔性铰链的柔度公式,经验证,理论推导的结果与有限元结果比较大体一致,误差不超过8%。

2）结合此倒圆角柔性铰链的柔度公式,研究出一种一维旋转机构——小转角柔性机构,并推导出工作力矩/刚度的理论公式,分析了结构参数对工作刚度的影响,通过有限元分析及测试实验验证了柔性机构的力矩理论公式准确可靠。

3）根据某空间项目的技术要求,设计了相应的小转角柔性机构,并通过优化模型对此柔性机构进行了尺寸优化使得其满足约束条件的同时工作力矩尽量小。

关键词：柔性铰链,直梁圆角,柔顺机构,刚度,优化,理论模型

     

基于压电陶瓷的轮胎压力监测系统设计

该文介绍了基于压电陶瓷发电的无源轮胎压力监测系统。它采用Freescale低功耗MC9S08QG8为处理器、SP12作为轮胎压力检测传感器、无线收发芯片MAX1472和MAX1473完成检测结果的数据传输,而整个轮胎内压力监测模块由微功率压电陶瓷发电模块提供电能,从而淘汰了电池,提高了监测模块数据发射的密度。经实验表明,轮胎内压力监测模块由微功率压电陶瓷发电模块提供电能是可行的。     

基于有限元分析的超声椭圆振动切削装置设计

超声椭圆振动切削技术(Ultrasonic Elliptical Vibration Cutting, UEVC)是近年来发展起来的一种超精密加工技术,其加工装置的结构设计是当前研究的难点之一。本文通过分析现有的超声椭圆振动切削装置,设计了一种基于圆弧型柔性铰链结构的超声椭圆振动装置,利用有限元分析工具对该装置进行模态分析,找出了影响其谐振频率的关键结构参数并用全局优化模块优化参数,使装置的某一阶纵振和弯振模态的谐振频率一致,同时对该装置进行了多场耦合分析以预测不同相位下的刀尖运动轨迹。仿真分析表明,后盖板长度的变化会引起纵振和弯振模态谐振频率的显著改变,而底座厚度的变化对纵振和弯振模态的谐振频率几乎都没有影响,顶端长度的变化仅对弯振模态的谐振频率有一定程度的影响。基于上述仿真分析及优化,制造出UEVC装置的样机并测量其谐振频率和振动特性,测量结果显示该装置的谐振频率测量值与仿真结果吻合较好,所开发的装置能在谐振状态下输出椭圆轨迹,同时可通过调节施加电压的幅值和相位来使刀尖输出不同的椭圆轨迹,能用于脆性材料微结构曲面的加工。此外,对该超声椭圆振动切削装置施加频率与装置谐振频率一致的交流电时,其纵振和弯振的振幅将随电压幅值的增加而线性增大,其中弯振振幅对电压幅值的变化更为敏感。     

工科大学物理中刚体运动的CAI设计

详细论述了在Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下，利用高级语言进行ＣＡＩ设计，并将设计结果移植到二维动画系统，生成动画ＣＡＩ的过程，并以方轮刚体的运动为例，给出设计结果。文中的设计方法适用于处理工科大学物理中的很多运动合成问题。     

基于EWB的电路综合设计的研究与实践

利用EWB软件建立电路模型,测试电压、电流及其他参数指标,观察动态波形,并进行故障分析.EWB作为电路综合设计的仿真软件,弥补了传统实验硬件的不足,是对传统实验教学的充实和延伸.     

基于神经网络的结构分析与设计

对神经网络的基本概念及其在结构工程中应用的可行性进行了阐述,对基于神经网络的结构分析、结构初始设计的理论与计算方法进行了研究,并通过数值算例验证了该理论有效性和准确性。     

基于NX的摩托车车身曲面逆向设计

以摩托车车身曲面逆向设计为背景,从点云数据处理、复杂曲面重构以及曲面质量检测三方面,探讨了NX在逆向工程中的应用.研究表明,NX强大的点云处理功能、高级曲面设计及检测功能使得逆向设计变的更为方便,并在保证产品质量的前提下,大大缩短产品的开发周期.     

基于Pro／Mechanica某产品测试仪结构优化设计分析

通过有限元分析方法建立的机械结构系统分析模型已成为理论建模中重要的方法之一。基于Pro／Mechanica对某产品测试仪产品的结构设计进行有限元分析,对设计参数进行灵敏度分析及优化设计,建立以最大应力为目标函数、以应力极限为约束的优化数学模型,对其设计参数尺寸进行优化设计。通过优化设计,将产品设计与三维仿真及有限元分析系统有效地结合起来,可在满足精度要求的同时,满足产品设计的高效、低成本、自动化等要求。     

基于ANSYS的某履带式装甲车悬挂装置的模态分析与改进设计

以履带式装甲车悬挂装置为对象,通过PRO/E建立其三维实体模型,在此基础上建立相应的有限元模型,运用ANSYS有限元软件对悬挂装置进行模态分析.通过ANSYS求解,获得了悬挂装置的前十阶固有振动频率和模态振型.在对结果进行分析的基础上,以降低系统质量,寻找合理的固有频率和振型为目标,对悬挂装置的局部结构进行改进设计,悬挂系统不会共振,系统质量减少,系统动态特性提高.