Nested-LET柔性铰链设计与性能分析

针对平面折展机构中柔性铰链在承受拉压载荷时变形大、转动精度差等问题,基于外LET铰链和嵌套结构的方法,提出了一种Nested-LET柔性铰链。设计了该铰链的结构,利用等效弹簧模型推导了其弯曲及拉压等效刚度计算公式并给出了修正系数。通过设计实例的理论计算和仿真分析,验证了理论分析的正确性和设计的可行性。比较了相同尺寸的Nested-LET与外LET铰链的弯曲性能与抗拉性能,结果表明,Nested-LET铰链弯曲刚度增加了1.5倍,拉压刚度提升了30倍,且转动中心漂移量有所下降。最后,通过拉伸实验验证了分析的正确性。     

基于串联式Triple—LET的LEMs滑块机构分析

设计了一种基于串联式的Triple-LET新型柔性铰链,给出了该铰链的三维结构,并对其进行了弯曲等效刚度的理论分析,推导了该结构形式铰链的弯曲等效刚度计算公式并给出了修正系数。基于修正的弯曲等效刚度理论计算公式,对设计实例进行了分析计算,同时建立了该设计实例的有限元仿真模型,通过理论计算结果和仿真分析结果的比较,验证了该铰链设计的可行性。将该新型铰链应用于LEMs柔顺滑块机构的设计中,建立了该机构的基于修正弯曲等效刚度的伪刚体模型,并加工了该串联式Triple-LET铰链的滑块机构铍青铜实物模型,理论计算和实测结果基本一致,验证了理论模型的正确性和机构设计的可行性,同时也表明该滑块机构在工作状态具有较大变形,能保持较好的稳定性。     

S-LET复合型柔性铰链设计与性能研究

综合LET型铰链与S型铰链结构性能特点,提出了一种S-LET复合型柔性铰链,设计了该铰链的外形结构,并对其等效刚度进行分析,推导出铰链弯曲时的等效刚度计算公式。通过对不同尺寸S-LET复合型铰链弯曲等效刚度的分析,得出弯曲等效刚度修正系数,并验证了该系数的有效性。最后,通过对S型、LET型及S-LET复合型铰链弯曲变形及扭转变形的有限元仿真结果的比较,得出S-LET弯曲变形能力在S型与LET型铰链之间,而扭转变形则是三者中最小。     

Deform-X柔性铰链设计与分析

设计了一种Deform-X柔性铰链,利用微积分的思想分析了其等效刚度,推导了Deform-X柔性铰链弯扭耦合等效刚度的理论计算公式。通过一组实例的理论分析和ABAQUS仿真分析,验证了Deform-X柔性铰链等效刚度理论计算公式的正确性。选取外形尺寸相同的X型柔性铰链与Deform-X柔性铰链进行了性能比较分析,在相同转矩作用下,Deform-X柔性铰链弯曲变形转角约为X型柔性铰链的3倍。分别对X型柔性铰链和Deform-X柔性铰链进行了弯曲失效分析,结果表明Deform-X柔性铰链的可使用范围大于X型柔性铰链。设计了基于Deform-X柔性铰链的平面折展四杆机构的实物模型,通过实物测试和仿真分析表明Deform-X柔性铰链能够实现预期变形。最后,对尺寸相同的基于X型柔性铰链的四杆机构和基于Deform-X柔性铰链的四杆机构在相同力矩作用下的变形进行了分析,结果表明基于Deform-X柔性铰链的四杆机构变形更大。     

平面折展机构S形柔性铰链设计与试验

设计平面折展柔顺机构的关键技术之一是设计柔性铰链。提出了一种用于平面折展柔顺机构的S形柔性铰链,设计了该铰链的结构形式,并对其等效刚度进行了分析,推导出该结构形式铰链的弯曲等效刚度和扭转等效刚度计算公式。通过设计实例的理论计算和有限元仿真分析,验证了计算公式和仿真模型的正确性。制作了基于S形柔性铰链的平面折展柔顺滑块机构的实物模型,仿真分析和测试结果表明,该机构在工作状态可具有较大变形,并且滑块位移达到76 mm时仍能保持良好的精度,仿真与测试结果基本一致,误差仅为0.76%。     

平面折展升降柔顺机构设计

基于微型升降机构的工作原理,设计了一种平面折展升降柔顺机构,建立了该机构的伪刚体模型,利用虚功原理推导出平面折展升降机构的输入载荷与输出位移关系的计算公式。设计了基于LET铰链和LOOP铰链类型的平面折展升降机构实例,并对其中包含弧形片段的LOOP柔性铰链的弯扭耦合等效刚度进行了研究,分析得到其弯扭耦合等效刚度计算公式,通过2个设计实例的理论计算和有限元仿真分析,验证了理论公式和仿真模型的正确性。设计了基于LOOP铰链的升降机构的实物模型,计算、仿真分析和测试结果表明,该机构可产生较大提升量并且仍能保持良好的精度,达到了设计目标。     

基于伪刚体模型的多层LEMs建模与仿真

结合刚性机构分类思想和刚体代替综合法,设计了一多层LEMs机构。基于柔顺机构伪刚体模型及LET铰链等效弹簧刚度模型,对多层LEMs进行分析,推导出该机构的输入载荷和输出位移量的理论计算公式,并用该理论计算公式对设计实例进行计算。同时对该设计实例进行有限元仿真分析,两种方法所得结果基本一致,表明理论分析的正确性和该设计的可行性。     

钢板弹簧刚度修正系数的取值分析

钢板弹簧的刚度是悬架设计最重要的性能参数,它直接关系到整车的承载能力及平顺性能。在钢板弹簧的刚度计算中,需要采用刚度修正系数ζ进行刚度修正,以保证理论计算刚度与实际刚度相符。文章分析了刚度修正系数产生的原因及影响,再通过钢板弹簧理论计算刚度值与试验实测刚度值的对比,对钢板弹簧的刚度修正系数ζ的取值进行分析,提出如下建议:等截面钢板弹簧的刚度修正系数取值0.84~0.88,如果已经在钢板弹簧惯性矩及断面系数中消除了钢板弹簧圆角因素影响的,刚度系数可以取0.91~0.95。变截面钢板弹簧刚度修正系数取值0.88~0.92,平衡簧刚度修正系数取值0.79~0.83。钢板弹簧厚度越厚,系数取值越小;钢板弹簧越宽,系数取值越大。     

椭圆抛物线型复合柔性铰链机构研究

本文提出一种新型椭圆抛物线型复合柔性铰链机构,该柔性铰链由半个椭圆、半个抛物线复合而成。通过建立力学模型,推导出椭圆抛物线型复合柔性铰链的柔度计算公式,并利用有限元仿真软件对该复合柔性铰链进行仿真,验证了所推导公式的正确性。并分析该复合铰链各个结构参数对其柔度的影响,为其在精密传动与制造方面的应用提供了理论基础。     

钢板弹簧柔性体建模及整车性能仿真

钢板弹簧是悬架中力学性能比较复杂的构件,既是弹性元件,又是传递纵向、侧向地面作用力的传力元件,因此建立钢板弹簧模型是构造车辆多体模型的一大难点。文章应用ADAMS软件建立基于等效中性面法的钢板弹簧柔性体模型,模拟实际的刚度测试法。利用ADAMS中改进的悬挂分析测定钢板弹簧子系统的总刚度,并将该子系统植入整车模型中,对整车的操纵性能进行仿真分析。结果表明:本文方法可以有效应用于整车性能的仿真研究。     

压电陶瓷驱动器杠杆式柔性铰链机构放大率计算方法

在精密微位移领域,杠杆式柔性铰链机构常被用来放大压电陶瓷驱动器产生的微小位移。在考虑柔性铰链转动中心偏移量的基础上,推导出杠杆式柔性铰链机构放大率计算公式,并采用有限元分析和实验测试进行验证。通过公式计算、有限元仿真分析和实验测试得到的放大率分别为8.31、8.38和8.20,有限元仿真值和公式计算值之间的误差为1％,实验测试值和公式计算值之间的误差为1.3％,证明了计算公式的正确性。     

收获期菊芋根-块茎离散元柔性模型研究

目前，菊芋机械化收获过程中的清选及输送等环节作业参数设定缺乏适用的理论依据，以收获期菊芋根-块茎为研究对象，基于离散元方法建立了一种能反映根须柔性和块茎脱落力学特性的粘结模型并对其相关参数进行了标定。首先通过物理试验确定了菊芋根-块茎本征参数、基本接触参数及相关力学参数，然后在此基础上利用Hertz-Mindlin with bonding V2接触模型构建了菊芋根-块茎粘结模型，并通过单因素试验和响应曲面试验，分别标定了菊芋根颗粒之间和根与块茎颗粒之间法向粘结刚度、切向粘结刚度、临界法向应力、临界切向应力等粘结模型参数。菊芋根须三点弯曲及根-块茎拉伸试验结果表明，根须弯曲弹性模量仿真结果与实际测量值相对误差为4.29%;菊芋根-块茎抗拉力仿真结果与实际测量值相对误差为7.72%;菊芋块茎脱落试验结果表明，仿真试验与菊芋收获机实际田间作业相比，滚筒筛转速对菊芋块茎脱落率影响趋势一致，筛内物料筛分规律相符。所构建的菊芋根-块茎模型可用于菊芋机械化收获相关环节的分析研究。     

精密车削二维微位移刀架研究

设计了一种微米级切削加工的微位移刀架,该刀架可满足数控车床精密加工的需要。该刀架以压电微位移致动器为动力源,以双平行四杆柔性铰链为弹性导轨,以最大输出位移为主要参数,设计了微位移刀架的结构,计算和选择了微位移刀架的结构参数。通过理论建模和有限元分析,对该铰链机构的系统刚度进行了计算,并对二维微位移刀架的输出位移进行实验测试。实验结果表明:理论计算结果、有限元仿真计算结果与实验测试数据吻合,验证了设计方法的可行性。     

空间全柔性并联机构动力学分析

针对精密柔性机构多自由度高精度运动的需求,以传统Delta并联机构为基础,设计了一种采用压电陶瓷驱动方式的空间柔性并联机构,基于伪刚体模型进行运动学分析。将从动臂质量分布作简化处理并主要考虑结构中柔性铰链的弹性应变能,利用拉格朗日方程建立动力学弹性振动微分方程,得到其固有频率表达式,并结合实际结构参数得到了相应的理论结果。3个主要运动方向的三阶固有频率的试验结果和理论分析结果误差分别为:12.71%、12.14%和14.90%,有限元仿真结果和试验结果误差分别为:6.20%、5.66%和10.28%,表明理论分析时所作的简化处理合理,得到的动力学数学模型有效、可信。     

3-PUS-PU柔顺并联机构运动学分析与优化设计

提出一种具有高精度、高刚度的3-PUS-PU柔顺并联机构,并对该机构进行运动学分析及优化设计。根据柔性铰链结构与机构间几何关系,对3-PUS-PU柔顺并联机构的运动原理进行阐述,并分析了该机构运动特性。采用空间闭环矢量法建立机构的运动学模型,对机构的输入-输出关系和速度特性进行了分析。基于力学理论,通过求解柔性铰链的极限转角,对机构的工作空间进行分析。根据机构的工作要求,提出定位精度指标和紧凑性指标,并进一步分析机构几何尺寸参数对其性能指标的影响。基于提出的性能指标,采用粒子群优化算法对机构的结构尺寸参数进行优化设计。结果表明,相比优化前,优化后的柔顺并联机构的定位精度提高25%,紧凑性提高81%,机构整体运动性能有了较大的提升,为后续样机研制提供了参考依据。