柔性機(jī)構(gòu)是一種靠構(gòu)件的彈性變形來傳遞全部或部分運(yùn)動(dòng)或者力的一類新型機(jī)構(gòu),這類機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行元件廣泛應(yīng)用于精密定位領(lǐng)域。柔性鉸鏈?zhǔn)侨嵝詸C(jī)構(gòu)的重要組成部分,它具有體積小、無機(jī)械摩擦、無間隙、運(yùn)動(dòng)靈敏度高、導(dǎo)向精度高等諸多特點(diǎn)。 傳統(tǒng)的剛性鉸鏈平面四桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡,其技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中已經(jīng)趨于成熟,但由于剛性鉸鏈?zhǔn)艿匠叽缦拗?使其很難運(yùn)用于微觀領(lǐng)域,用柔性鉸鏈替換剛性鉸鏈,可以使得機(jī)構(gòu)微型化,在微機(jī)械領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。 本文對柔性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的特性進(jìn)行了研究,對其力學(xué)性能和運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了分析。主要內(nèi)容包括: (1)根據(jù)偽剛體模型理論,建立了柔性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)偽剛體模型,得到了柔性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)力與轉(zhuǎn)角的一般計(jì)算公式。 (2)代入了不同扭簧角度變形的數(shù)值,得出了不同變形情況下,所施加的不同載荷大小。 (3)介紹了應(yīng)用有限元方法對柔性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析的理論計(jì)算步驟,同時(shí)應(yīng)用了大型有限元仿真軟件ANSYS對柔性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了建模,分析了載荷大小與危險(xiǎn)點(diǎn)Von mises等效應(yīng)力的關(guān)系。求出了不同力作用下構(gòu)件的最大危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力,并與理論計(jì)算值進(jìn)行比較,對仿真值與理論值之間誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析。 (4)對ANSYS的仿真結(jié)果進(jìn)行了處理,對偽剛體模型法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證,對兩者所產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行了分析。 (5)通過對柔性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的變形進(jìn)行了分析與仿真,對柔性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有一定的意義。
【學(xué)位授予單位】:蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2011
【分類號】:TH112.1
文章目錄
目錄
摘要
Abstract
插圖索引
附表索引
第1章 緒論
1.1 柔性機(jī)構(gòu)概述
1.1.1 柔性機(jī)構(gòu)的定義
1.1.2 柔性機(jī)構(gòu)的分類
1.1.3 柔性機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)
1.1.4 柔性機(jī)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域
1.2 柔性機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀
1.3 論文選題的意義
1.4 論文主要工作
第2章 柔性鉸鏈介紹及柔性鉸鏈設(shè)計(jì)
2.1 柔性鉸鏈的型式
2.1.1 交叉桿式柔性鉸鏈
2.1.2 裂筒式柔性鉸鏈
2.1.3 懸臂梁式柔性鉸鏈
2.1.4 其他柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副型式
2.2 柔性鉸鏈的應(yīng)用
2.2.1 柔性鉸鏈軸承
2.2.2 柔性鉸鏈聯(lián)接件
2.2.3 柔性鉸鏈調(diào)整結(jié)構(gòu)
2.3 柔性鉸鏈的設(shè)計(jì)
2.3.1 全柔性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及分析方法
2.3.2 機(jī)構(gòu)本體的加工方法
2.3.3 材料的選取及尺寸的定義
2.4 本章小結(jié)
第3章 柔性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角公式的推導(dǎo)
3.1 虛功原理相關(guān)概念介紹
3.1.1 虛位移
3.1.2 虛功
3.1.3 理想約束
3.2 虛位移原理
3.3 柔性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
(1) 位移分析
(2) 速度分析
3.4 載荷與轉(zhuǎn)角公式的推導(dǎo)
1. 求解P2,P3,P4點(diǎn)坐標(biāo)
2. 求解虛功
3. 求解各個(gè)扭簧的角度變化量(為正)
4. 求解扭簧角度變化量虛位移
5. 將求得的各量代入公式(3.9)進(jìn)行公式推導(dǎo)
3.5 本章小結(jié)
第4章 應(yīng)用偽剛體模型法的理論計(jì)算
4.1 橫力彎曲時(shí)的正應(yīng)力
4.2 相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算
4.3 幾何計(jì)算公式的簡要推導(dǎo)與簡化
4.4 計(jì)算θ2變化時(shí),各對應(yīng)相關(guān)數(shù)據(jù)的值
4.4.1 當(dāng)θ2-θ20=0.1°時(shí),各對應(yīng)相關(guān)數(shù)據(jù)的值
4.4.2 當(dāng)θ2-θ20=0.2°時(shí),各對應(yīng)相關(guān)數(shù)據(jù)的值
4.4.3 當(dāng)θ2-θ20=0.25°時(shí),各對應(yīng)相關(guān)數(shù)據(jù)的值
4.4.4 當(dāng)θ2-θ20=0.26°時(shí),各對應(yīng)相關(guān)數(shù)據(jù)的值
4.5 相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式的計(jì)算結(jié)果
4.5.1 當(dāng)θ2-θ20=0.1°時(shí),相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式的計(jì)算結(jié)果
4.5.2 當(dāng)θ2-θ20=0.2°時(shí),相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式的計(jì)算結(jié)果
4.5.3 當(dāng)θ2-θ20=0.25°時(shí),相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式的計(jì)算結(jié)果
4.5.4 總結(jié)所成關(guān)系及計(jì)算最大載荷的大小
4.6 本章小結(jié)
第5章 柔性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有限元分析的理論方法
5.1 有限元法的基本思想和基本求解步驟
5.1.1 有限元法的基本思想
5.1.2 有限元法的基本求解步驟
5.2 平面剛架問題的有限元法
5.2.1 局部坐標(biāo)系的單元?jiǎng)偠染仃?/div>
5.2.2 整體坐標(biāo)系的單元?jiǎng)偠染仃?/div>
5.2.3 整體剛度矩陣
1.整體剛度矩陣的分塊形式
2. 剛度集成法原理
5.2.4 支承條件的引入
5.2.5 非節(jié)點(diǎn)載荷處理
5.2.6 各桿的桿端內(nèi)力的求取
5.3 本章小結(jié)
第6章 ANSYS仿真分析
6.1 ANSYS簡介
6.2 ANSYS軟件提供的分析類型
1. 結(jié)構(gòu)靜力分析
2. 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析
3. 結(jié)構(gòu)非線性分析
4. 動(dòng)力學(xué)分析
6.3 ANSYS分析時(shí)的前處理模塊
1. 實(shí)體建模
2. 網(wǎng)格劃分
6.4 施加載荷的類型
6.5 仿真分析
6.6 仿真結(jié)果分析
6.7 本章小結(jié)
全文總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄
【引證文獻(xiàn)】
相關(guān)期刊論文 前1條
1 李巨韜;郭偉;彭巍;;微力測量系統(tǒng)中雙平行四桿柔性機(jī)構(gòu)抗偏載性能研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2016年10期
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2 李巨韜;電容式微力測量系統(tǒng)性能分析及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2015年
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2 邢金玲;柔性機(jī)構(gòu)在常規(guī)型抽油機(jī)中的應(yīng)用與研究[D];蘭州理工大學(xué);2014年
3 曲彬;柔性平行導(dǎo)向機(jī)構(gòu)靜動(dòng)力學(xué)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];天津大學(xué);2014年
4 李光美;石油鉆機(jī)井口裝置可靠性研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2013年
5 李海泉;對數(shù)螺旋線型面楔塊逆止器的設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)仿真[D];遼寧科技大學(xué);2013年
6 羅維;二自由度柔性鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法與綜合特性研究[D];中北大學(xué);2012年
本文編號:
2075260
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