柔性构件和柔性机构自由度分析

柔性机构由刚性构件、刚性铰链、柔性构件和柔性铰链4个元素组成,4个元素的不同组合可以得到11种不同类型的柔性机构.文中分析了其中5种常用的结构形式与特征.柔性构件的自由度及其变形规律在机构功能中起重要作用,它们是几何特性、材料特性和载荷特性的函数.在分析柔性构件自由度的基础上,给出了柔性机构的自由度计算公式,并用实例进行了验算.     

平面柔顺机构的自由度

柔顺机构是一类借助其柔性元素自身的弹性变形来传递运动、力或能量的装置。由于引入了柔性元素,柔顺机构中构件和运动副常常无法严格区分,导致其自由度概念有别于刚体机构的自由度,甚至带有一定的模糊性。在总结柔顺机构的结构和运动特点的基础上,分析确定机构自由度应遵循的基本准则,并给出可用于全面描述柔顺机构的两种自由度的定义(刚性自由度和柔性自由度)和相关推论。通过几种典型柔性元的伪刚体建模的讨论以及相关设计实例的分析,给出一种行之有效的平面柔顺机构自由度的计算方法。     

机构自由度和构件自由度的关系及本质区别

为了避免产生机构自由度和构件自由度两个基本概念的混淆,对它们的本质属性和区别进行了详细的讨论。用广义杆组和虚拟环路的概念,给出了单环路和多环路中任意选定构件的自由度计算方法。通过对平面单环7R机构、滚子从动件凸轮机构、不同自由度的Sarrus机构、2-3RC等典型机构的分析,按机构自由度和构件自由度的关系,把机构分成三类:第一类是机构自由度为1的机构,机构自由度等于所有构件自由度;第二类是机构自由度等于构件最大自由度的机构;第三类是机构自由度大于构件最大自由度的机构。分析结果表明,构件(包括输出构件)自由度是独立位移参数的数目,具有运动形式性质。而机构自由度是使机构所有构件都具有确定位置的全部独立参数的数目,仅仅是一个自然数,没有运动性质可言,机构的自由度与输出构件的选择无关。机构自由度是反映机构整体性能的一个属性,构件自由度反映的是机构局部中某个构件性能的一个属性,两者有着本质区别,在使用这两个概念时要严格区分,不能混为一谈。     

2自由度柔性构件运动特性研究

提出一种在工程应用中既产生弯曲变形又产生拉伸变形的2自由度柔性构件的伪刚体模型分析方法,讨论单一弯曲自由度柔性构件和2自由度柔性构件不同的变形特点,2自由度柔性构件的变形运动是弯曲运动和轴向直线拉伸运动的复合运动,柔性构件与刚性构件连接处的角变形不为零,而是θ角度,在分析2自由度柔性构件运动特点的基础上,建立具有扭转弹簧常数K1和轴向拉伸弹簧常数K2来模拟其变形能力的伪刚体模型,进行了2自由度柔性构件最大应力分析,并给出一个工程应用示例。     

基于伪刚体模型的柔性铰链机构自由度分析

柔性机构经过20多年的发展,已成为现代机构学中的重要分支,并在精密工程、机器人等领域得到了广泛应用.柔性机构是一种利用材料的弹性变形来传递运动、力或能量的新型机构.由于柔性元素的引入,柔性机构中构件和运动副数目往往无法严格区分,导致其自由度和刚体机构的自由度不同,甚至带有一定的模糊性.基于伪刚体模型,给出了柔性机构的两...     

伪杆组法的集中柔度柔性机构结构设计方法

柔性机构结构构型问题是研究柔性机构结构设计的基础,提出了一种伪杆组法的柔性机构结构设计方法,该方法认为柔性构件、柔性运动副和柔性杆组是柔性机构结构构成基本元素,柔性机构是由这些基本元素依次连接而成,分析了柔性构件及其自由度、柔性运动副及其自由度,并给出了基于该方法的柔性机构构成示例,最后对柔性夹钳机构进行了基于该方法的构成说明.     

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。     

平面机构自由度的计算

平面机构的自由度是指构件相对于参考系所具有的独立运动的数目。通过介绍平面机构自由度的计算以及在计算自由度时应注意的问题。分析了自由度对平面机构的结构特性和新机构的设计具有重要意义。     

一种组成平面机构的方法

提出了一种组成平面机构的方法,提出了平面内由若干构件通过高副和低副连接而成的构件组的概念,找出了构件组自由度为0的运动平衡条件,给出了5构件以内构件组的基本型,通过典型机构组成实例,阐述了构件组基本型在平面机构组成分析中的应用。     

一种空间模块化桁架式展开机构及其运动过程分析

为设计一种折叠率高的新型空间桁架式展开机构并分析其运动过程,提出了由两个四棱锥对称布置组成的空间2自由度模块化可展单元。首先,阐述了空间桁架式展开机构的模块化组成原理。其次,根据机构顺利折叠条件推导了构件的几何协调方程。最后,根据展开过程的动作特征,将空间桁架式展开机构简化为平面机构并计算自由度,基于闭环矢量法对机构进行运动学分析。