【摘要】：在精密機(jī)械及微納米領(lǐng)域，柔性微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是利用材料的彈性變形傳遞或轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)、力或能量的新型機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)是微納米級(jí)微動(dòng)工作臺(tái)的關(guān)鍵執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以無(wú)機(jī)械摩擦、無(wú)間隙、無(wú)裝配和高位移分辨率的優(yōu)點(diǎn)，已成為目前關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。而新型柔性微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)尚無(wú)系統(tǒng)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方法，所以，開(kāi)展有關(guān)設(shè)計(jì)理論及方法的研究，對(duì)提升我國(guó)高精密技術(shù)水平具有積極的推動(dòng)作用。 論文選題來(lái)源于重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究項(xiàng)目和重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目（SKLMT-KFKT-200806）。本文以創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法為目的，旨在探索建立一種比較實(shí)用的柔性微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)方法，以更好地指導(dǎo)工程實(shí)踐。針對(duì)柔性微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，開(kāi)展了有關(guān)基本傳動(dòng)原理及計(jì)算方法、微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分類(lèi)及構(gòu)型、開(kāi)發(fā)構(gòu)型綜合的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件、仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等研究。本文的主要研究?jī)?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(dòng)機(jī)構(gòu)的基本傳動(dòng)原理，對(duì)柔性微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊進(jìn)行了分析計(jì)算，建立了微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本計(jì)算方法。 采用以微傳動(dòng)功能為核心的分類(lèi)方法，對(duì)已有的單元和機(jī)構(gòu)的類(lèi)型進(jìn)行了歸類(lèi)統(tǒng)一，開(kāi)展了柔性微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及模塊的分類(lèi)研究。對(duì)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(dòng)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合設(shè)計(jì)模式，建立了微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分類(lèi)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(kāi)發(fā)了柔性微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)化構(gòu)型綜合設(shè)計(jì)軟件，建立了八種柔性鉸鏈的參數(shù)化實(shí)體模型，實(shí)現(xiàn)了單元、部件的參數(shù)化設(shè)計(jì)和部件、機(jī)構(gòu)的自動(dòng)裝配構(gòu)型設(shè)計(jì)，達(dá)到了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程的目的。 對(duì)所開(kāi)發(fā)軟件設(shè)計(jì)的微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析，研究了微傳動(dòng)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(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建完成了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)有限元仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了柔性微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)型綜合設(shè)計(jì)及分類(lèi)方法的可行性和正確性。
【圖文】：

其理論分析模型，通過(guò)分析計(jì)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(guó)立臺(tái)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(guò)有限元方法和實(shí)驗(yàn)分析對(duì)其進(jìn)行了靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性驗(yàn)證。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的馬洪文等[21]采用彈性梁理論對(duì)橋式機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)放大倍數(shù)進(jìn)行了研究，并推導(dǎo)了詳盡的理論計(jì)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(dòng)機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀在柔性微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方面，美國(guó)和日本等國(guó)家對(duì)該方面理論及應(yīng)用研究都比較深入。國(guó)內(nèi)方面，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，中國(guó)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(guó)國(guó)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(dòng)器驅(qū)動(dòng)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(dòng)行程可達(dá) 50μm，其結(jié)構(gòu)圖如圖 1.1 所示。美國(guó)羅德島大學(xué) Renyi Yang 等[23]設(shè)計(jì)了一種新型單軸緊湊的垂直運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)，并成功應(yīng)用于激光焊接設(shè)備，其運(yùn)動(dòng)行程可達(dá) 200μm。

其理論分析模型，通過(guò)分析計(jì)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(guó)立臺(tái)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(guò)有限元方法和實(shí)驗(yàn)分析對(duì)其進(jìn)行了靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性驗(yàn)證。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的馬洪文等[21]采用彈性梁理論對(duì)橋式機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)放大倍數(shù)進(jìn)行了研究，并推導(dǎo)了詳盡的理論計(jì)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(dòng)機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀在柔性微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方面，美國(guó)和日本等國(guó)家對(duì)該方面理論及應(yīng)用研究都比較深入。國(guó)內(nèi)方面，，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，中國(guó)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(guó)國(guó)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(dòng)器驅(qū)動(dòng)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(dòng)行程可達(dá) 50μm，其結(jié)構(gòu)圖如圖 1.1 所示。美國(guó)羅德島大學(xué) Renyi Yang 等[23]設(shè)計(jì)了一種新型單軸緊湊的垂直運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)，并成功應(yīng)用于激光焊接設(shè)備，其運(yùn)動(dòng)行程可達(dá) 200μm。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：TH112

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2539280