【摘要】： 柔順機(jī)構(gòu)主要靠機(jī)構(gòu)中柔性構(gòu)件的變形來實現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和功能。與傳統(tǒng)剛性機(jī)構(gòu)相比,它具有減少機(jī)構(gòu)重量、安裝時間、間隙和摩擦磨損,提高機(jī)構(gòu)精度、增加可靠性、減少維護(hù)等方面的優(yōu)點(diǎn),適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展對機(jī)械設(shè)備的要求,引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。目前,柔順機(jī)構(gòu)的絕大部分研究都是圍繞著結(jié)構(gòu)和運(yùn)動分析以及拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計開展的,而在動力學(xué)方面卻很少涉及。隨著柔順機(jī)構(gòu)的應(yīng)用范圍和工作要求的不斷提高,如何改善柔順機(jī)構(gòu)的動力學(xué)特性,提高柔順機(jī)構(gòu)設(shè)計水平,將成為柔順機(jī)構(gòu)領(lǐng)域的關(guān)鍵問題,此項研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。 本文以平面柔順機(jī)構(gòu)為研究對象,重點(diǎn)研究柔順機(jī)構(gòu)動力學(xué)問題,主要包括建模與特性分析、優(yōu)化設(shè)計和實驗研究等方面的內(nèi)容。 首先,建立了以柔性鉸鏈為主要特征的柔順機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型。推導(dǎo)出四種常見柔性鉸鏈的剛度計算公式,并分析柔性鉸鏈各參數(shù)對其剛度的影響。在此基礎(chǔ)上,針對平行導(dǎo)向柔順機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊柔順機(jī)構(gòu),應(yīng)用拉格朗日方程,建立了該柔順機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型。 其次,建立了以柔順桿為主要特征的柔順機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型。首先充分考慮桿件的大變形特性,分別采用數(shù)值擬合方法和有限元方法建立了以柔順桿為主要特征的柔順機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型,分析了兩種模型的差別和適用范圍。 再次,深入分析了柔順機(jī)構(gòu)的動力學(xué)特性。計算了柔順機(jī)構(gòu)的固有頻率;研究了機(jī)構(gòu)參數(shù)對動力學(xué)性能的影響及其靈敏度問題;分析了柔順桿的動態(tài)應(yīng)力及應(yīng)變,給出了桿件最大動應(yīng)力以及發(fā)生的位置;基于動應(yīng)力造成的累積疲勞損傷,預(yù)測了桿件的疲勞壽命;推導(dǎo)出以柔性鉸鏈為主要特征的柔順機(jī)構(gòu)驅(qū)動力矩的計算公式,分析了柔性鉸鏈剛度及未變形位置與驅(qū)動特性之間的內(nèi)在關(guān)系。 然后,進(jìn)行了柔順機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)柔順機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),探討了柔順機(jī)構(gòu)材料的選擇準(zhǔn)則;以固有頻率、驅(qū)動力矩等為約束條件,以柔性鉸鏈的剛度最小為優(yōu)化目標(biāo),對以柔性鉸鏈為主要特征的柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計;還分別以柔順機(jī)構(gòu)總質(zhì)量最小、變形能最大為優(yōu)化目標(biāo),以固有頻率、動應(yīng)力等為約束條件,優(yōu)化設(shè)計出了以柔順桿為主要特征的柔順機(jī)構(gòu)。 最后,進(jìn)行了柔順機(jī)構(gòu)的實驗研究。設(shè)計、加工了一個平行導(dǎo)向柔順機(jī)構(gòu)。對該平行導(dǎo)向柔順機(jī)構(gòu)的固有頻率及應(yīng)變等問題進(jìn)行了實驗研究,通過實驗結(jié)果與理論計算結(jié)果的對比和分析,相互驗證了實驗系統(tǒng)和理論模型的有效性和正確性。
【圖文】：

圖 1-1 柔順機(jī)構(gòu)Figure1-1 Compliant mechanisms和設(shè)計方面，將會產(chǎn)生較大的影響。因此，，柔順機(jī)構(gòu)動力學(xué)的研究亟待高。本文就是以認(rèn)識和改善柔順機(jī)構(gòu)的特性、提高柔順機(jī)構(gòu)的設(shè)計水平為系統(tǒng)地研究柔順機(jī)構(gòu)動力學(xué)建模、性能分析、優(yōu)化設(shè)計和實驗研究等方，以形成柔順機(jī)構(gòu)動力學(xué)研究的理論和方法，為柔順機(jī)構(gòu)綜合性能的改的思路和途徑。2 文獻(xiàn)綜述為了進(jìn)一步明確本文的研究內(nèi)容及方法，有必要先對相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)要回顧。從二十世紀(jì)八十年代后期開始，柔順機(jī)構(gòu)就開始引起了機(jī)械科程師們的高度重視[3]，在柔順機(jī)構(gòu)的研究中，美國Missouri大學(xué)的Midha

b) 偽剛體模型圖 2-1 短臂柔鉸及其偽剛體模型2-1 Small-length flexural pivot and its pseudo-rigid-bod( )0lEIMl= θ和(2-9)，并注意M = T和0θ = Θ，可知彈簧常( )lEIKl= 的彈性模量；慣性矩，3112I = t w， t 為短臂柔鉸的厚度， w知，彈簧常數(shù)K 與短臂柔鉸的彈性模量E 、鉸-15-
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TH112

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 葉果;面向生物工程的精密定位機(jī)構(gòu)及其動力學(xué)特性研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2011年

2 曹佃生;高精度大行程柔性位移平臺技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2012年

3 朱凡;基于共光路光束漂移測量與同步補(bǔ)償?shù)募す庾詼?zhǔn)直技術(shù)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 劉振;Small Tools結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析[D];吉林大學(xué);2011年

2 朱明;適用于微位移機(jī)構(gòu)的彈性鉸鏈特性分析及試驗研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

3 羅維;二自由度柔性鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法與綜合特性研究[D];中北大學(xué);2012年

4 趙雷;基于柔性鉸鏈設(shè)計的直線超聲電機(jī)運(yùn)動平臺動力學(xué)研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

5 李莉莉;大變形的鏈?zhǔn)剿惴捌湓谌犴槞C(jī)構(gòu)分析中的應(yīng)用[D];西安電子科技大學(xué);2012年

6 焦國濤;基于柔性壓頭的調(diào)平技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2013年

本文編號：2673758