柔性機(jī)構(gòu)具有易整體加工、精度高、免于裝配、無摩擦磨損等優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)學(xué)工程、微機(jī)電系統(tǒng)與光學(xué)觀測控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。但是,使柔性機(jī)構(gòu)在滿足剛度需求的同時實現(xiàn)大行程的平動或轉(zhuǎn)動以及避免軸漂與寄生誤差等問題一直是柔性機(jī)構(gòu)的設(shè)計難點。本文以柔性轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計為研究對象,針對柔性機(jī)構(gòu)的設(shè)計難點,利用拓?fù)鋬?yōu)化方法對柔性轉(zhuǎn)動鉸機(jī)構(gòu)的初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,使其在滿足剛度需求的同時實現(xiàn)大行程轉(zhuǎn)動。再利用設(shè)計的柔性轉(zhuǎn)動鉸,針對光學(xué)觀測控制系統(tǒng)的平面鏡轉(zhuǎn)動控制問題,設(shè)計構(gòu)建了一種柔性調(diào)節(jié)裝置。首先,針對柔性轉(zhuǎn)動鉸機(jī)構(gòu)的設(shè)計,根據(jù)需求設(shè)定初始模型及剛性區(qū)域與彈性結(jié)構(gòu)區(qū)域,利用水平集方法對柔性轉(zhuǎn)動鉸機(jī)構(gòu)的初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計,使其可以實現(xiàn)盡可能大的轉(zhuǎn)動位移以及盡可能小的平動位移從而滿足設(shè)計需求。對優(yōu)化后的模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)重構(gòu),并對出現(xiàn)的邊緣鋸齒狀以及結(jié)構(gòu)尖角等問題進(jìn)行分析處理,從而初步地避免應(yīng)力集中問題。其次,利用ANSYS有限元分析軟件對重構(gòu)后的柔性轉(zhuǎn)動鉸機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元仿真分析,從位移變化情況、應(yīng)力變化情況以及轉(zhuǎn)角變化情況來對柔性轉(zhuǎn)動鉸機(jī)構(gòu)的性能進(jìn)行分析。優(yōu)化后的柔性轉(zhuǎn)動鉸機(jī)構(gòu)在保證結(jié)構(gòu)安全性的前提... 

【文章來源】：上海大學(xué)上海市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

施加邊界約束的柔性轉(zhuǎn)動鉸機(jī)構(gòu)的設(shè)計模型

d 表示Z 軸方向上系數(shù)。因此，在柔性轉(zhuǎn)動鉸機(jī)構(gòu)束的條件下，如何讓轉(zhuǎn)動位移最構(gòu)的位移和應(yīng)變進(jìn)行數(shù)值求解，化問題。標(biāo)函數(shù)中的轉(zhuǎn)動位移來控制柔數(shù)中的平動位移來實現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)剛度需求。，為了減少拓?fù)鋬?yōu)化的計算量，值計算，為了更好地實現(xiàn)水平集圖 2.3 所示。

通過調(diào)節(jié)目標(biāo)函數(shù)中的權(quán)重系數(shù)可以獲得不同的優(yōu)化結(jié)果，其中優(yōu)化后的兩組典型算例的結(jié)果如圖2.4 所示。其中，案例 I 結(jié)構(gòu)是使目標(biāo)函數(shù)中的轉(zhuǎn)動位移實現(xiàn)最大化得到的，并未考慮平動位移最小化要求。相應(yīng)地，案例 II 結(jié)構(gòu)主要考慮轉(zhuǎn)動位移最大化的同時使得平動位移最小化，此結(jié)構(gòu)的柔性轉(zhuǎn)動鉸具有更好地柔性與剛度綜合性能。由圖 2.4 所示，優(yōu)化后的兩組結(jié)構(gòu)均可以很好地表達(dá)結(jié)構(gòu)的幾何形狀，但是由于網(wǎng)格密度的影響從而導(dǎo)致優(yōu)化后的兩組結(jié)果存在尖角與邊緣鋸齒狀現(xiàn)象，因此可以針對出現(xiàn)的這兩種問題分別對優(yōu)化后的案例 I 與案例 II 結(jié)構(gòu)進(jìn)行

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
[1]空間反射鏡bipod支撐技術(shù)研究[D]. 周宇翔.中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所) 2016



本文編號：2909915