基于ANSYS的3种四杆柔性铰链机构刚度特性分析

单平行四杆柔性铰链机构作为移动副被广泛用于超精密工作台、精密传感器中。超精密工作台依靠其变形产生位移,故刚度特性对其定位精度影响较大。针对3种不同类型的四杆柔性铰链机构,对其刚度进行理论计算,同时,基于有限元软件ANSYS 12.0分析了3种不同类型的四杆柔性铰链机构。通过比较、分析得出了不同的外形尺寸对于四杆柔性铰链机构刚度的影响程度以及3种机构之间的刚度关系,为确定3种机构的适用场合和在MEMS设计过程中柔性铰链的选用提供了依据。     

基于拓扑优化的卫星铰链机构设计

针对某卫星天线铰链机构的超重问题,采用变密度优化设计方法,对铰链机构开展了拓扑结构优化。文章对比分析了优化前后的铰链机构刚度情况,优化后的铰链拓扑结构在满足刚度要求的约束条件下,质量相比初始状态减轻了22.6%,同时后续的力学试验结果也验证拓扑优化后的铰链结构能承受确定的力学环境载荷。计算分析结果表明优化后的拓扑结构有效解决了铰链机构重量的超标问题。     

圆弧柔性铰链的优化设计

柔性铰链是高精度柔性机构的关键部件,其运动精度与运动范围影响着柔性机构的性能,本文对圆弧柔性铰链进行了柔度矩阵推导,并依据柔度方程进行优化设计。采用结构矩阵法建立了圆弧柔性铰链的柔度方程,对矩形截面的翘曲抗扭刚度进行推导,得到了约束扭转状态下的扭转柔度近似方程。为相对长度较小铰链的扭转刚度精确求解提供了依据。对比理论计算结果与有限元分析结果,结果显示扭转柔度的最大相对误差在10%左右,其余方向柔度相对误差低于6%,验证了柔度方程的准确性。采用正交试验直观分析法得到柔性铰链各设计参数对转动刚度的灵敏度,并利用多目标遗传算法对柔性铰链的转动柔度以及轴向刚度两个目标进行了参数优化。通过优化结果与设计经验选取参数的对比,发现优化后圆弧柔性铰链的弯曲柔度提升了5.12%,同时铰链的轴向刚度提升了4.72%,证明针对圆弧柔性铰链的优化设计具有明显效果。     

HyperWorks在汽车行李箱优化中的应用

针对某款车型的行李箱在强度耐久试验中存在因刚性不足而导致面板变形,行李箱盖难以扣锁之问题,利用HyperWorks建立行李箱的有限元模型,通过OptiStruct求解器对结构强度进行分析,并提出结构整改建议,对比参考样车后采用最佳优化方案,最终实车通过强度耐久试验,满足设计要求。     

某型掀背门铰链平台化参数研究及优化

文中以某型掀背门铰链作为分析对象,研究铰链平台化参数对铰链侧向刚度和纵向刚度性能的影响,并通过参数组合优化,找出相对较优的布置参数以及结构参数组合,最终确定此类型铰链的平台化参数.优化后的平台化参数减少了后续开发的费用与成本,从而达到降本增效的目的.     

4-URU柔性并联机构构型设计及支链刚度分析

针对4-URU型柔性并联机构,提出了一种对支链刚度的新型求解方法,应用软件仿真结果验证该方法的有效性.首先,利用螺旋理论对4-URU刚性并联机构进行自由度分析,采用柔性铰链替换法设计相应的柔性并联机构.基于柔性铰链刚度矩阵,利用转换矩阵法求得支链的铰链刚度矩阵,利用有限元理论分别求得支链各柔性杆刚度,通过线性叠加求得支...     

用于大载荷主动振动控制平台的柔性铰链设计和实验研究

具体设计要求,给出了结构优化后的设计参数,确定满足一定载荷条件下柔性铰链结构形式,同时利用ANSYS软件分析了柔性铰链最大受力情况下的应力分布情况,对其进行了强度校核,最后通过实验得到柔性铰链的弯曲刚度,同理论计算值一致,进一步验证该复合式柔性铰链设计的可行性.     

压电陶瓷驱动器装夹机构设计

采用直圆柔性铰链支撑的复合平行四杆机构,设计了一种压电陶瓷(PZT)驱动器的装夹机构.该机构具有导向精度稳定、响应速度快、分辨率高和无耦合运动等优点.从力学理论出发推导了柔性铰链刚度的简化计算公式,运用参数化的分析方法求得了柔性铰链结构参数对装夹机构应力、刚度及有效行程的影响.实验测得刚度和有效行程的理论计算误差分别仅为3.9%和1.4%,表明了该设计方法的可靠性与有效性.     

空间微振动模拟器柔性铰链设计

设计基于万向柔性铰链的Stewart平台作空间微振动模拟器,模拟空间振动辅助空间光学遥感器的隔振研究。Stewart平台要有效模拟空间微振动,铰链特性设计最为关键,要求其轴向刚度足够大而旋转刚度足够小。将万向柔性铰链建立杆件模型,由材料力学知识推导铰链各向刚度公式,利用Patran/Nastran建立有限元模型进行仿真验证,分析了结构参数对各向刚度的影响。根据性能指标和材料强度参数确定了柔性铰链最佳结构参数。另外,通过有限元软件对铰链进行强度校核。结果表明,设计的万向柔性铰链满足要求,总结出的铰链刚度特性规律对设计有一定指导意义。     

深切口椭圆柔性铰链优化设计

考虑深切口椭圆形柔性铰链比其他常用的柔性铰链更适用于具有大行程要求的柔性机构,本文对其进行了优化设计。建立了深切口椭圆形柔性铰链的刚度模型,探讨了结构参数对其转动刚度的影响。分析了深切口椭圆柔性铰链的柔度矩阵,利用Newton-cotes求积公式简化了柔度系数的计算,在此基础上构建了多目标加权优化模型,利用模糊优化设计方法对各结构参数进行了优化设计。优化结果表明:绕Z轴旋转的角位移提高了16.72%;绕Y轴旋转角位移下降了16.01%;沿X轴、Y轴和Z轴产生的线位移分别下降了10%、29.33%和51.84%。数据显示:经过优化的柔性铰链在所期望的Z轴方向上的转动能力得到了提高,同时抑制了其他方向上的运动能力,从而提高了柔性铰链的整体运动精度和结构柔度,可用于高精密、大行程光波导封装定位平台。     

倒圆角直梁型柔性铰链设计计算与应用

首先推导出倒圆角直梁型柔性铰链的弯曲刚度和拉伸/压缩刚度计算公式;然后改变倒圆角直梁型柔性铰链的各结构参数,根据所推导出的刚度公式,利用MATLAB软件编程计算出刚度值,分析倒圆角直梁型柔性铰链的刚度与其各结构参数之间的关系;最后为验证推导出的刚度计算公式的正确性,采用三维实体单元对由倒圆角直梁型柔性铰链构成的柔性T型联结节的弯曲和拉伸刚度进行有限元求解,数值计算结果表明文中所推导的倒圆角直梁型柔性铰链刚度计算公式是正确的。     

煤矿回风立井防爆盖改进

分析了防爆盖存在的问题,基于此,提出了防爆盖的优化与改进设计方案,即将防爆门变成铰链门式开合结构,并在四周加设正方形的门框,门框侧面安装转轴和铰链;为了对防爆盖进行更好地密封,在门板与门框之间采用了特质的密封件,并呈"口"字形进行密封。改进后的防爆盖大大缩短了井下反风时防爆盖锁紧的时间,提升了该矿通风系统的安全性。     

V型推力杆纵向刚度的预测和优化方法

为了预测和优化重型商用车V型推力杆的纵向刚度,通过橡胶试样单轴拉压试验建立V型推力杆中橡胶材料的超弹性本构模型,采用Abaqus软件对V型推力杆的工作过程进行有限元动态模拟。利用Abaqus软件的后处理模块预测V型推力杆的纵向刚度,并根据橡胶层的应变云图分析V型推力杆的纵向刚度与球铰结构之间的关系。分析结果表明,增大球铰塑料层的宽度可提高V型推力杆的纵向刚度,原因是这种结构改变了球铰橡胶层的体积及硫化面积,并阻碍橡胶层向两侧端盖的延展。对原结构及优化方案的样件进行台架试验。试验结果表明,提出的预测及优化方法是有效的,可缩短V型推力杆的开发周期,显著提高V型推力杆的纵向刚度。     

典型鹅颈式铰链接头拓扑优化设计与分析

以某型民用飞机典型鹅颈式铰链为研究对象,介绍了应用SolidThinking Inspire软件对铰链接头结构进行拓扑优化设计,并对比分析优化前后方案的强度、刚度、质量及材料利用率情况,总结了鹅颈式铰链接头拓扑优化设计要点,为典型鹅颈式铰链接头的设计提供优化设计思路,供工程设计参考。     

抗拉柔性铰链的理论建模及有限元分析

为了在保持转动刚度变化不大的情况下,使得LET(Lamina Emergent Torsion)柔性铰链能够适用于存在轴向载荷的场合,即拥有较大的轴向刚度,本文对LET的结构进行了适当改进,设计了一种新型柔性铰链——抗拉LET柔性铰链。基于抗拉LEMs(Lamina Emergent Mechanisms)柔性铰链结构,将整个抗拉LET柔性铰链等效为弹簧刚度模型,并对该弹簧刚度模型进行理论建模,得到封闭解。之后采用ANSYS软件,建立其有限元模型,分析其在转动载荷和轴向载荷两种不同场合下的形变,并同之前的理论模型进行比较。结果表明,采用弹簧刚度模型得到的等效刚度解与仿真分析结果较为一致,抗拉LET柔性铰链的弯曲刚度仅是传统LET柔性铰链的1.12倍,而拉伸刚度却是它的76.43倍。在弯曲刚度没有大幅变化情况下,抗拉LET柔性铰链的抗拉刚度明显增大,抗拉能力大大提高,表明抗拉LET柔性铰链的结构设计符合预期要求。     

椭圆弧柔性铰链刚度简化计算及优化设计

本文主要研究了椭圆弧柔性铰链刚度的优化设计方法。首无,针对椭圆弧柔性铰链刚度计算公式过于复杂的问题,采用幂函数非线性曲线拟合的方法,推导了椭圆弧柔性铰链刚度的近似理论计算公式。然后,基于近似理论计算公式,分析了柔性铰链的精度特性及工作时的最大应力;采用GlobalSearch全域优化指令和Fmincon局域优化指令对椭圆弧柔性铰链工作方向的最大刚度进行了优化设计。最后,采用有限元仿真和实验验证的方法证实近似理论计算公式的适用性和优化结果的可靠性。验证显示:实验结果与近似理论计算结果的相对误差小于5%,表明提出的方法不仅省去了繁杂的有限元模型建立以及计算和修改的过程,大大提高了设计效率;而且通过优化计算可以得到椭圆弧柔性铰链的最大刚度。     

扭杆弹簧式轿车行李箱铰链保持力分析

运用理论分析和计算机辅助设计手段,研究自由杆式扭杆弹簧铰链的工作原理及力学计算,给出自由杆式扭杆弹簧平衡机构的设计校核方法,通过分析行李箱盖开启的三种模式及其优缺点,给出一种改良行李箱盖平衡区域的方法。经过优化后可以有效避免行李箱盖越过平衡区域,保证行李箱盖可以保持在开启状态,避免在风力或斜坡上自动落下伤人发生。     

V型推力杆纵向刚度的预测和优化方法

为了预测和优化重型商用车V型推力杆的纵向刚度，通过橡胶试样单轴拉压试验建立V型推力杆中橡胶材料的超弹性本构模型，采用Abaqus软件对V型推力杆的工作过程进行有限元动态模拟。利用Abaqus软件的后处理模块预测V型推力杆的纵向刚度，并根据橡胶层的应变云图分析V型推力杆的纵向刚度与球铰结构之间的关系。分析结果表明，增大球铰塑料层的宽度可提高V型推力杆的纵向刚度，原因是这种结构改变了球铰橡胶层的体积及硫化面积，并阻碍橡胶层向两侧端盖的延展。对原结构及优化方案的样件进行台架试验。试验结果表明，提出的预测及优化方法是有效的，可缩短V型推力杆的开发周期，显著提高V型推力杆的纵向刚度。     

轿车行李箱盖轻量化设计

介绍树脂压铸成型RTM工艺及行李箱盖的可行性分析过程。基于油耗、排放等压力,为了实现轿车行李箱盖轻量化,结合RTM工艺及结构优化设计,完成以塑代钢行李箱盖的设计开发,最终实现轿车行李箱盖的轻量化,为整车降重提供支持并且形成统一的设计规范和标准,为其他车型提供技术支持及轻量化设计技术储备。     

结构参数对抛物线型柔性铰链刚度的影响

刚度是衡量柔性铰链机械特性的重要指标,运用材料力学和微积分等理论,建立了抛物线型柔性铰链的弯曲刚度和拉伸刚度模型,获得了不同尺寸参数对应的解析解;分析了抛物线型柔性铰链刚度对结构参数的依赖程度,发现了其具有明显的尺寸效应;建立了抛物线型柔性铰链有限元模型并进行数值模拟,理论模型解析解与数值模拟结果的相对误差小于8.5%。研究结果为进一步优化设计铰链结构参数提供了重要依据。