交叉簧片柔性铰链设计

针对某光学仪器对光学元件柔性支撑的要求,提出了一种新型交叉簧片型柔性铰链,利用卡氏第二定理研究了设计方法。首先,利用卡氏第二定理推导交叉簧片型柔性铰链的柔度计算公式,确定铰链的轴向刚度与转动刚度,分析了直梁长度、直梁高度和空心圆柱壁厚对其刚度的影响;然后,进行了实例设计,并利用有限元软件进行了分析;最后,搭建光学测试平台,对实例进行了转动角度和转动刚度的测量。结果表明：解析解、仿真解和实验测量数据一致性较好,最大相对误差为8.7%。使用卡氏第二定理作为设计工具,设计者可根据交叉簧片柔性铰链的刚度与结构应力等要求确定几何参数,而且交叉簧片柔性铰链的设计为其他铰链的结构形式提供了新的思路。     

准零刚度隔振器及其弹性特性设计

结合电子行业军用标准《准零刚度隔振器设计与应用技术导则》的编制工作，介绍了准零刚度隔振器的定义、分类及其设计方法，并有线性准零刚度隔振器及非线性准零刚度隔振器的设计示例。     

椭圆柔性铰链的柔度计算

基于材料力学中的变断面梁的弯曲理论,通过引入椭圆离心角作为积分变量,直观地得到椭圆柔性铰链的系列柔度计算公式。通过定义中间参数,推导出较为简洁的解析计算公式,从而避免费时的数值积分,便于柔性铰链柔度的计算和分析。当椭圆切口的长轴和短轴长度相等时,椭圆柔性铰链变成直圆柔性铰链,这些计算公式即退化为直圆柔性铰链的柔度计算公式。运用有限元软件ANSYS分析多个不同形状的椭圆柔性铰链,有限元法分析结果与这些柔度计算公式的计算结果吻合得很好,证明了公式的正确性。     

多交叉曲梁簧片柔性铰链的力学建模与性能分析

针对直梁型多交叉簧片柔性铰链难以兼顾大转角、低刚度的问题,设计了一种多交叉曲梁簧片柔性铰链。采用圆弧曲梁簧片减小变形应力和转动刚度,在纯转矩驱动条件下具有高转动精度和大转角行程。推导了圆弧曲梁簧片的变形应力计算方程,建立了柔性铰链的大变形力学分析模型,并通过转动刚度实验和变形应力仿真计算验证了理论模型的准确性。进一步分析了半径系数、簧片曲率和位形角等设计变量对柔性铰链驱动转矩和变形应力的影响关系,提出了同时减小转动刚度和变形应力的设计方案,确定了使柔性铰链获得零刚度特性和负刚度特性的设计变量组合。所设计的柔性铰链结构及其性能分析结果可为新型大行程柔性铰链的设计提供参考。     

基于交叉簧片柔性铰链的空间微位移机构

基于交叉簧片柔性铰链(简称‘交叉铰链’)设计了一种用于光束跟踪、精密指向和瞄准的同轴八铰微位移放大机构。该机构使用菱形构型,用交叉铰链作集中柔性元件,节点处交叉铰链两两同轴配合使用,以便保证运动的平稳输出。研究了机构的运动学以及力学性能,计算了微位移机构的行程放大比和灵敏度;根据交叉铰链的刚度模型,推导出微位移机构的理论刚度;最后,应用有限元软件对机构进行建模并对运动学、静力学以及动力学性能进行仿真。完成了样机的加工和测试,测试结果显示,机构放大比为1.905,理论与测试误差低于2.2%,结构刚度为18.21N/mm,误差低于0.32%,一阶频率为8.8Hz,误差低于5%。分析结果验证了本设计的可行性和有效性。该机构适用于空间高精度微位移领域。     

不同参数对交叉簧片型柔性铰链刚度特性的影响

在柔性铰链刚度特性分析方面,目前的分析方法大多是针对线性小变形的柔性铰链刚度特性,且没有全面地考虑不同参数对柔性铰链刚度的影响。关于大变形柔性铰链的刚度分析方法的研究也不多见。为了解决大变形交叉簧片型柔性铰链的刚度特性研究方法不足等问题,采用了理论分析、有限元模拟和实验测量3种分析方法,对柔性铰链的刚度特性进行了研究。首先,基于欧拉伯努利梁对交叉簧片型柔性铰链进行了理论分析,建立了非线性大变形力学模型,并用L-M数值迭代法进行了求解,分析了柔性铰链的垂直、水平和旋转刚度,并研究了不同几何参数和载荷对刚度的影响;然后,选择了7组不同柔性铰链参数,建立了柔性铰链的有限元分析模型,设计了可调节几何参数和施加复合载荷的柔性铰链刚度特性测量平台;最后,使用理论分析、有限元模拟和实验测量3种方法对柔性铰链刚度特性进行了分析与研究。研究结果表明：3种方法对柔性铰链的刚度分析结果总体的误差小于9%,证明了该方法是有效的;其中,柔性铰链的旋转刚度远小于水平刚度和垂直刚度,且随着载荷的增加产生了非线性;在影响因素方面,水平载荷和交叉系数对旋转刚度影响较大,垂直载荷和交叉角度对旋转刚度影响较小。该研究结果可...     

双曲余弦柔性铰链的刚度推导

柔性铰链在科学技术领域有着广泛的应用,以力学基本公式和微积分为基础,推导出了双曲余弦柔性铰链的刚度计算公式.计算公式是精确的推导结果且表达较为简洁,有利于柔性铰链及其机构的计算和分析.     

摆线柔性铰链的设计计算与性能分析

提出了一类基于摆线方程切口的新型柔性铰链。利用变截面梁弯曲理论推导其转动刚度数学模型,根据微元法下的胡克定律叠加原理推导其拉伸刚度的数学模型,通过有限元验证了计算公式的正确性,讨论了结构参数对转动刚度的影响关系和显著程度,比较了新型柔性铰链与传统柔性铰链的性能。分析表明转动刚度与弹性模量、宽度和最小厚度成正比,而与拱高参数成反比,且对最小厚度的变化最敏感,新型柔性铰链的柔度仅次于椭圆型,相较于圆弧型和抛物线型柔铰对载荷的敏感程度平均提高了10%和30%以上,新型摆线柔铰为柔性铰链的设计选型提供了新思路。     

基于挠曲线方程的柔性铰链转动柔度公式推导

利用材料力学和微积分的理论推导出了常用直圆柔性铰链转动柔度的计算公式,与至今一直沿用由J.M.PAROS给出的精确柔度计算公式相比,更简洁准确,更有利于直圆柔性铰链的设计和分析。并分析了直圆柔性铰链的结构参数对其柔度的影响,为直圆柔性铰链在压电微位移放大中的应用提供了一定的理论基础。     

广义三交叉簧片柔性轴承的旋转刚度特性研究

广义三交叉簧片柔性轴承(Generalized triple-cross-spring flexure pivots,GTCSFP)具有较大运动行程和较高精度特性,综合性能优良,可广泛应用于各类精密仪器。在小角度近似和无轴漂假设的前提下,利用梁约束模型应变能理论,建立GTCSFP的旋转刚度解析模型,并给出模型的适用范围和误差估算方法。模型分析结果表明:1当簧片交叉点位置参数λ=0.127 3时,扭矩与转角呈线性关系;2扭矩m和切向力f对柔性轴承具有驱动作用,径向力p会影响柔性轴承的旋转刚度;3在给定的适用范围内,特别是当λ∈[0.1,0.2]时,刚度模型准确性较高。GTCSFP的非线性有限元分析结果验证了旋转刚度模型及其分析结论的准确性。对实际加工的GTCSFP进行试验测试,试验结果与有限元分析和刚度模型的结果基本一致,模型准确性得到试验验证。所建立的GTCSFP旋转刚度模型,对其参数设计和优化具有指导意义和参考价值。     

可倾瓦轴承支点静刚度的有限元分析

可倾瓦块支点型式不同,支点的静刚度会发生变化,从而导致轴承传递到基础上的动态力发生变化。对常用的点支承、线支承、球支承等型式的可倾瓦径向滑动轴承的支点垂直静刚度进行仿真计算,分析支点型式与支点静刚度的关系。结果表明,相同直径的点支承的垂直静刚度大于线支承,而线支承的垂直静刚度大于球支承;当线支承的轴承座上的半圆面直径大于瓦块上支点的直径时,线支承的垂直静刚度会有明显的下降,并且轴承座的半圆面直径越大,刚度下降的现象越明显;当球支承的瓦块上的球窝面直径大于支点球径时,支点球径越小,刚度下降越明显。     

计入支点弹性和阻尼时可倾瓦轴承支撑的转子系统的动力稳定性

本文研究了瓦质惯矩、瓦质量、质偏心、支点在下沉方向和偏转方向上的刚度和阻尼对转子系统阻尼的影响。指出了下沉方向上适当的刚度和阻尼能极有效地提高系统阻尼。文中并以附录形式介绍了一种将特征行列式展开为特征多项式的数值方法。     

一种流体驱动式模块化软体仿生象鼻关节变刚度结构设计及仿真分析

在兼顾软体抓持装置顺应性的前提下,为进一步提升其承载能力,提出一种采用磁流变液变刚度控制的流体驱动式模块化软体仿生象鼻机构。建立了仿生象鼻关节变形量和刚度理论数学模型;利用有限元分析方法基于Yeoh模型对不同结构参数的仿生象鼻关节进行了变形仿真分析,在相同压力下优选出了变形量最大的模型结构和确定了最佳输入气体压力值;对关节变形后两端电磁铁的叠加磁场分布进行了有限元仿真,通过分析磁场分布均匀性初步确定了两端电磁铁形成磁场的最佳距离即关节长度;最后对不同长度关节进行了变形仿真分析,综合考虑磁场分布均匀性和变形量,通过两者的最优组合确定最终关节长度,验证了仿生象鼻的多自由度变形和可变刚度特性。     

支点弹性、阻尼可倾瓦轴承动力特性数值仿真及试验研究

依据考虑瓦块摆动和沿几何预载荷方向微幅振动的可倾瓦轴承完全动力特性的解析模型及其对应的八参数简化动力模型,设计制备了支点弹性、阻尼特性可倾瓦轴承。该轴承通过在瓦块支点与轴承体之间设置弹性垫片,使瓦块支点支撑在弹性垫片上,弹性垫片与轴承体之间存在微小间隙并与轴颈润滑系统共享油路以实现局部挤压油膜效应。根据不同加工工艺,制备了两种形式的新型支点弹性、阻尼轴承,并通过理论计算模拟与试验分析对两种新型轴承的动力特性进行研究。结果表明,支点弹性、阻尼可倾瓦轴承能够增大转子的一临界阻尼,有效提高转子系统稳定性。     

颗粒流驱动变刚度弯曲软体驱动器的设计及运动仿真

为提高软体机器人的承载能力,利用颗粒物质兼具流体和阻塞刚化的特性,设计了一种变刚度弯曲软体驱动器。以颗粒物质力学为指导,设计并制造了变刚度弯曲软体驱动器样机。通过试验获得了分别描述颗粒物质和变形腔材料的联合弹塑性模型、Ogden超弹本构模型,提出了软体驱动器运动过程的有限元仿真方法,搭建了变刚度软体驱动器实验平台。实验与仿真获得的弯角误差约为15.6%,利用颗粒阻塞原理可使承载能力提高约1.75倍。     

变截面弹簧设计及其刚度特性分析

根据超越弹簧离合器高速化,轻质化的应用需求,在弹簧扭矩变化规律分析基础上,基于等强度原理,得到了弹簧截面的变化规律和弹簧螺旋线方程。应用MATLAB和Pro/E建立了变截面弹簧的三维数值模型。采用有限元方法,对弹簧离合器在传递过程的应力和弹簧的径向、轴向、扭转刚度特性进行了分析。结果表明:设计的变截面弹簧在传递扭矩过程中,应力均匀,变截面弹簧达到了轻质、等寿命的设计要求;弹簧的径向刚度呈非线性,而扭矩刚度和轴向刚度呈线性。     

双横臂扭杆弹簧悬架线刚度计算及动态仿真

运用空间机构运动学方法建立某皮卡车双横臂扭杆弹簧独立悬架的数学模型,根据功能原理给出其垂直线刚度的计算方法。同时还应用机械动力学仿真分析软件ADAMS建立同种悬架的多体动力学模型,对双横臂扭杆弹簧独立悬架垂直线刚度随车轮上下摆动的变化进行动态仿真分析。采用两种方法计算、仿真结果的一致性表明这两种方法都是分析双横臂扭杆弹簧悬架垂直线刚度行之有效的方法,也说明了文中所建的模型和提出的计算方法都是正确的。     

零传动机床的高速直线进给单元的伺服动刚度研究

通过对直线电机进给伺服系统的结构特点和组成原理进行分析,推导出直线电机进给系统控制模型,利用Matlab&Simulink软件对模型进行了仿真,并结合GD-3型直线进给单元的伺服刚度的实验研究,分析了控制参数对直线电机伺服刚度的影响规律.     

某型航空子午线轮胎刚度仿真分析

轮胎力学特性是飞机地面运动学研究的重要课题之一。基于轮胎静刚度的形成机理,忽略胎面花纹,建立某型航空子午线轮胎三维非线性有限元分析模型。考虑到航空轮胎材料非线性、几何非线性、接触非线性等问题,借助ABAQUS和HYPERMESH软件,并在ABAQUS/STANDARD求解器下进行径向和侧向刚度特性仿真分析,得出不同充气压力工况下的相应的负荷与变形的关系。通过仿真分析结果与理论估算值的对比,表明所建立的有限元分析模型可较好模拟该型航空轮胎的刚度特性。     

一种新型测量齿轮的设计及其刚度校验

针对齿轮测量技术中的测量齿轮的设计,提出了一种全新的由2个半齿齿轮组合而成的半齿测量齿轮。使用该新型测量齿轮,可以在1次测量过程中,同时得到现有的由单面啮合仪和双面啮合仪测量的切向综合偏差和径向综合偏差,从而明显提高了测量效率,并且应用MSC．Patran＆Nastran软件,对该新型测量齿轮进行了有限元分析,验证了其实用性。