【摘要】：在精密機(jī)械及微納米領(lǐng)域，柔性微傳動機(jī)構(gòu)是利用材料的彈性變形傳遞或轉(zhuǎn)換運(yùn)動、力或能量的新型機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)是微納米級微動工作臺的關(guān)鍵執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以無機(jī)械摩擦、無間隙、無裝配和高位移分辨率的優(yōu)點，已成為目前關(guān)注和研究的熱點。而新型柔性微傳動機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計尚無系統(tǒng)統(tǒng)一的設(shè)計方法，所以，開展有關(guān)設(shè)計理論及方法的研究，對提升我國高精密技術(shù)水平具有積極的推動作用。 論文選題來源于重慶大學(xué)機(jī)械傳動國家重點實驗室自主研究項目和重慶大學(xué)機(jī)械傳動國家重點實驗室開放基金資助項目（SKLMT-KFKT-200806）。本文以創(chuàng)新設(shè)計方法為目的，旨在探索建立一種比較實用的柔性微傳動機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計方法，以更好地指導(dǎo)工程實踐。針對柔性微傳動機(jī)構(gòu)，開展了有關(guān)基本傳動原理及計算方法、微傳動機(jī)構(gòu)分類及構(gòu)型、開發(fā)構(gòu)型綜合的參數(shù)化設(shè)計軟件、仿真及實驗驗證等研究。本文的主要研究內(nèi)容如下： 采用機(jī)械原理、柔順機(jī)構(gòu)學(xué)和圖論中的基本理論和算法，研究了微傳動機(jī)構(gòu)的基本傳動原理，對柔性微傳動機(jī)構(gòu)模塊進(jìn)行了分析計算，建立了微傳動機(jī)構(gòu)的基本計算方法。 采用以微傳動功能為核心的分類方法，對已有的單元和機(jī)構(gòu)的類型進(jìn)行了歸類統(tǒng)一，開展了柔性微傳動機(jī)構(gòu)及模塊的分類研究。對所抽象的模塊進(jìn)行分析，利用圖論中的相關(guān)算法，探索出一種柔性微傳動機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合設(shè)計模式，建立了微傳動機(jī)構(gòu)的分類與構(gòu)型綜合方法。 基于VB、Automation Gateway和Pro/E等軟件，采用混合編程方法，開發(fā)了柔性微傳動機(jī)構(gòu)的參數(shù)化構(gòu)型綜合設(shè)計軟件，建立了八種柔性鉸鏈的參數(shù)化實體模型，實現(xiàn)了單元、部件的參數(shù)化設(shè)計和部件、機(jī)構(gòu)的自動裝配構(gòu)型設(shè)計，達(dá)到了簡化設(shè)計過程的目的。 對所開發(fā)軟件設(shè)計的微傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析，研究了微傳動機(jī)構(gòu)材料及加工制造方法，分析了電火花線切割加工工藝的關(guān)鍵點，通過實驗臺的搭建完成了相關(guān)的實驗研究。通過有限元仿真分析和實驗驗證，證明了柔性微傳動機(jī)構(gòu)構(gòu)型綜合設(shè)計及分類方法的可行性和正確性。
【圖文】：

其理論分析模型，通過分析計算其放大倍數(shù)可達(dá)30倍以上。N. Lobontiu等[19]基于卡氏第二定理推導(dǎo)了橋式放大機(jī)構(gòu)的理論位移放大倍數(shù)，并分析了其剛度特性。國立臺灣大學(xué)的S.H. Chang等[20]提出了Scott-Russel機(jī)構(gòu)并推導(dǎo)了微位移放大倍數(shù)公式，通過有限元方法和實驗分析對其進(jìn)行了靜力學(xué)和動力學(xué)特性驗證。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的馬洪文等[21]采用彈性梁理論對橋式機(jī)構(gòu)的動態(tài)放大倍數(shù)進(jìn)行了研究，并推導(dǎo)了詳盡的理論計算公式，使放大機(jī)構(gòu)的理論研究進(jìn)一步加深。1.2.3 柔性微傳動機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀在柔性微傳動機(jī)構(gòu)方面，美國和日本等國家對該方面理論及應(yīng)用研究都比較深入。國內(nèi)方面，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，中國科學(xué)院，清華大學(xué)，上海交通大學(xué)等也進(jìn)行了相關(guān)的研究。美國國家標(biāo)準(zhǔn)局學(xué)者 E.Scire 和 E.C.Teague[22]在六十年代初首先采用柔性鉸鏈為彈性支撐，以壓電陶瓷微位移驅(qū)動器驅(qū)動的原理成功研制了單自由度亞納米定位機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動行程可達(dá) 50μm，其結(jié)構(gòu)圖如圖 1.1 所示。美國羅德島大學(xué) Renyi Yang 等[23]設(shè)計了一種新型單軸緊湊的垂直運(yùn)動工作臺，并成功應(yīng)用于激光焊接設(shè)備，其運(yùn)動行程可達(dá) 200μm。

其理論分析模型，通過分析計算其放大倍數(shù)可達(dá)30倍以上。N. Lobontiu等[19]基于卡氏第二定理推導(dǎo)了橋式放大機(jī)構(gòu)的理論位移放大倍數(shù)，并分析了其剛度特性。國立臺灣大學(xué)的S.H. Chang等[20]提出了Scott-Russel機(jī)構(gòu)并推導(dǎo)了微位移放大倍數(shù)公式，通過有限元方法和實驗分析對其進(jìn)行了靜力學(xué)和動力學(xué)特性驗證。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的馬洪文等[21]采用彈性梁理論對橋式機(jī)構(gòu)的動態(tài)放大倍數(shù)進(jìn)行了研究，并推導(dǎo)了詳盡的理論計算公式，使放大機(jī)構(gòu)的理論研究進(jìn)一步加深。1.2.3 柔性微傳動機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀在柔性微傳動機(jī)構(gòu)方面，美國和日本等國家對該方面理論及應(yīng)用研究都比較深入。國內(nèi)方面，，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，中國科學(xué)院，清華大學(xué)，上海交通大學(xué)等也進(jìn)行了相關(guān)的研究。美國國家標(biāo)準(zhǔn)局學(xué)者 E.Scire 和 E.C.Teague[22]在六十年代初首先采用柔性鉸鏈為彈性支撐，以壓電陶瓷微位移驅(qū)動器驅(qū)動的原理成功研制了單自由度亞納米定位機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動行程可達(dá) 50μm，其結(jié)構(gòu)圖如圖 1.1 所示。美國羅德島大學(xué) Renyi Yang 等[23]設(shè)計了一種新型單軸緊湊的垂直運(yùn)動工作臺，并成功應(yīng)用于激光焊接設(shè)備，其運(yùn)動行程可達(dá) 200μm。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TH112

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2539280