一种桥式微位移放大机构的性能研究

利用桥式微位移放大机构的结构全对称性,建立了微位移放大机构的四分之一数学模型.采用矩阵法建立了其柔度矩阵,推导出位移放大机构的输出位移公式及位移放大比公式;基于模态分析理论,根据拉格朗日方程建立了桥式放大机构的运动微分方程,给出了计算桥式微位移放大机构固有频率的解析式.用ANSYS11.0进行有限元仿真,结果表明:在X,Y轴方向上的输出位移、位移放大比以及机构的固有频率,理论计算值与有限元仿真值的误差分别为7.05％,4.81％,2.48％和0.08％.X轴输出位移相差较大主要原因是在理论模型中采取简化分析而忽略了柔性铰链的伸长,并且假设除柔性铰链外,其它的部分为刚性.     

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.     

放大步幅的精密二维进给机构研究

放大步幅的二维进给机构是通过利用杠杆放大原理和双层嵌套式结构,设计柔性铰链结构加大2个方向压电陶瓷的行程范围、扩大进给的步幅,同时更好地减小响应时间.要达到这种要求需要合理地选择放大杠杆,对整体结构进行优化设计.     

用于薄膜残余应力检测的微指针放大机构

在MEMS器件中应用的各类薄膜材料在制备过程所产生的残余应力,对器件的性能和可靠性具有较大的影响．设计了一种用于残余应力在线检测的柔性铰链放大机构,并对柔性铰链的结构尺寸与放大机构的角变形和转动刚度的关系进行理论建模,利用FEA软件对3种不同类型柔性铰链的转动刚度进行了数值仿真,为用于残余应力检测的微指针结构的放大机构的优化设计提供了前期研究基础．     

基于三角形原理放大机构的设计和有限元分析

针对叠层压电陶瓷输出位移小,不能满足微驱动领域行程要求的问题,提出了一种采用三角形原理的放大机构。并对设计的三角形原理放大机构进行了理论放大倍数的计算,利用有限元分析法对放大机构进行了静力学和动力学分析,得到了三角形原理放大机构的应力分析云图和模态分析云图,验证了设计的合理性。     

二级柔性铰链结构放大比优化研究

本文以60倍时对称式二级柔性铰链为例,通过Ansys仿真分析,得到不同放大比设置情况下的理论仿真对比情况.并通过其他倍数关系验证,得出了最优设置关系.为设计多级柔性铰链提供理论依据.     

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.     

用位移矩阵法综合平面铰链四杆机构的精确解法

本文提出了一种用位移矩阵法精确求解实现四个或五个位置的刚体导引机构的综合;实现两连架杆四个或五个对应位置的函数机构的综合、以及其它一类连杆机构综合的方法。与数值迭代法相比,用该方法编制计算机程序进行解题所需时间大为减少,而且一次计算就能得到全部解,因而特别适用于科研、教学。     

一种超精密压电式微位移机构研究

针对压电陶瓷输出位移过小的缺点,采用AE0505D16型层叠式PZT器件作为驱动器,柔性铰链作为导向机构,设计了一种超精密压电式微位移机构．该机构输出位移由原来的11.6μm增加到100μm,能够满足许多长行程、超精定位运动的需要．对此微位移机构进行定位准确度测试,将它作为位移补偿装置安装于精密滚珠丝杠副驱动的机床上,机床定位误差由原来的1μm降低到0.01μm,定位准确度得到显著提高．     

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。     

基于ANSYS的SRC框架结构侧移限值的可靠度

用蒙特卡罗法和响应面法计算风荷载作用下型钢混凝土结构侧移控制的失效概率及其可靠指标时,蒙特卡罗法需要循环模拟次数太多,而响应面法无法准确求出小失效概率,提出的假定位移分布模式的直接积分法能较好地解决此问题.可靠度分析结果表明,现行《规程》可靠指标偏低.     

差动式光纤光栅位移计及其温度特性的研究

基于拉伸弹簧和悬臂梁组成一复合结构实现了光纤光栅(FBG)位移传感器的差动式测量,研究表明:传感器位移分辨率为0.05%,重复性为0.183%,回程误差为0.134%,线性误差为0.14%,基本误差为±0.326%;以20℃为基准,在(-30— 100℃),温度引起的零点漂移不超过满量程的2.86%;随着试验温度范围减小至传感器日常使用范围(-20— 60℃),零点温度漂移也减小至满量程的0.7%,传感器温度特性完全满足需求。最后,给出了传感器温度特性不一致的主要原因以及进一步改善传感器位移传感特性和热稳定性的方法,并指出改变悬臂梁和拉伸弹簧的几何尺寸就可实现不同量程、不同位移分辨力的测量。     

基于ANSYS的有限宽板孔边应力集中分析

应用ANSYS数值模拟的方法研究了含圆孔有限宽度薄板孔边应力集中问题.分析表明:圆孔附近发生了明显的应力集中现象,且孔径越小应力集中越明显,应力突然变大的趋势越快.     

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ANSYS的汽车制动盘温度场仿真分析

以热分析理论为基础,使用有限元软件ANSYS建立乘用车普遍使用的通风式制动盘模型。在此基础上,模拟分析了紧急制动和持续制动工况下制动盘的瞬态温度场分布,得到了制动盘外部及其内部散热筋板的温度场、温度变化分布以及内外温度梯度的变化,为制动器的设计提供了较好的理论基础,也为判断制动器是否失效提供了依据。     

基于ANSYS的拱坝坝肩及坝基整体稳定分析

结合拱坝坝肩与坝基的地形、地质特征以及软弱结构面分布状况,通过ANSYS软件建立拱坝天然地基条件下的三维数值模型,并进行超载法计算,分析坝体变形与应变特征、坝肩和断层的变位分布特征、坝肩的破坏形态和过程,得到整体稳定超载安全系数,评价拱坝的安全度,为工程设计、施工和加固处理提供依据.     

基于ANSYS的渐开线直齿圆柱齿轮仿真分析

利用有限元软件ANSYS的建模功能,建立渐开线标准直齿圆柱齿轮的二维和三维有限元模型,在此基础上对静载荷作用下齿轮的齿根应力和齿轮变形进行有限元分析,比较二维模型和三维模型的模拟结果,并与传统的齿轮强度计算方法作比较,指出传统计算方法的不足,为齿轮优化设计提供1种新的设计方法和理论依据。     

基于ANSYS Workbench的绕线机主轴系统动力学特性研究

绕线机主轴系统动力学特性对其整机性能有极其重要的影响,进而影响绕线机的精度与工作噪声。利用SolidWorks对主轴系统进行建模,采用动力学分析软件ADAMS对安装于主轴系统上部的排线机构进行分析与仿真,得到接触力时间历程曲线,并基于有限元协同仿真环境ANSYSWorkbench对主轴系统进行模态与瞬态分析。分析结果表明,主轴系统基频为451．93Hz、最大变形0．13μm。