【摘要】： 常見(jiàn)的柔性鉸通常是在一塊剛性較好的金屬材料上用線切割的方法加工出矩形或圓弧形切口形成彈性支點(diǎn),并通過(guò)它將繞軸作復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的有限角位移轉(zhuǎn)換成柔性支承系統(tǒng)的直線運(yùn)動(dòng)。柔性鉸雖然只能提供有限度的轉(zhuǎn)動(dòng)角度,但是具有無(wú)摩擦、無(wú)磨損、無(wú)滯后、不需潤(rùn)滑、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn),同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、無(wú)運(yùn)動(dòng)間隙和分辨率高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械、精密測(cè)量、微米/納米技術(shù)等領(lǐng)域構(gòu)成高精度定位機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)。 在六維振動(dòng)隔離平臺(tái)的研究過(guò)程中,結(jié)合振動(dòng)作為一種微運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),支腿與平臺(tái)間的連接機(jī)構(gòu)應(yīng)具有高的軸向剛度、低的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度,即三軸轉(zhuǎn)動(dòng)能力;同時(shí)要求工作時(shí)安全穩(wěn)定,不易損壞。到目前為止,在六維振動(dòng)隔離平臺(tái)支腿與平臺(tái)間的連接機(jī)構(gòu)大多采用單軸或雙軸柔性鉸、彈性體、甚至球鉸。傳統(tǒng)球鉸由于存在摩擦、間隙和潤(rùn)滑問(wèn)題,難以采用其實(shí)現(xiàn)高精度振動(dòng)隔離,而單軸、雙軸柔性鉸和彈性體雖然可以彎曲和扭轉(zhuǎn),但卻不能完全代替三軸柔性鉸的功能。六維振動(dòng)隔離平臺(tái)中支腿與平臺(tái)間連接機(jī)構(gòu)的性能直接影響著六維振動(dòng)隔離平臺(tái)的最終性能。 因此本文將完成一種新型的高軸向剛度三軸轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸的設(shè)計(jì),并對(duì)其進(jìn)行有限元仿真模擬、各向剛度計(jì)算、各向剛度理論研究以及結(jié)構(gòu)的改進(jìn)等工作。同時(shí)本文還將介紹基于高軸向剛度三軸轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸的六維振動(dòng)隔離平臺(tái)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng),采用主從分布式控制方式完成六維振動(dòng)隔離平臺(tái)控制系統(tǒng)的初步搭建。 本文的主要研究工作和成果包括: 1、設(shè)計(jì)并改進(jìn)了一種新型高軸向剛度三軸轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸,根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征稱(chēng)這兩款新型的高軸向剛度三軸轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸分別為空心圓柱圓弧切口柔性鉸和空心圓柱混合切口柔性鉸。提出了采用有限元技術(shù)對(duì)它們進(jìn)行彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和軸向剛度分析的原理及方法。在此基礎(chǔ)上分別對(duì)空心圓柱圓弧切口柔性鉸和空心圓柱混合切口柔性鉸的各向剛度進(jìn)行了有限元分析計(jì)算,建立了空心圓柱圓弧切口柔性鉸和空心圓柱混合切口柔性鉸的各向剛度隨柔性鉸的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的有限元模型和二次擬合方程。 2、研究了空心圓柱圓弧切口柔性鉸的各向剛度理論,總結(jié)了柔性鉸剛度理論研究的主要步驟,推導(dǎo)出了彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度完整的理論模型,將理論模型和有限元分析模型進(jìn)行了比較。同時(shí)分析了影響柔性鉸軸向變形的關(guān)鍵部分,對(duì)柔性鉸軸向剛度公式的推導(dǎo)指明了方向。 3、根據(jù)基于高軸向剛度三軸轉(zhuǎn)動(dòng)柔性鉸的六維振動(dòng)隔離平臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采用主從分布式控制方式完成了六維振動(dòng)隔離平臺(tái)控制系統(tǒng)的初步搭建。
【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】：2008
【分類(lèi)號(hào)】：TH133.2
【圖文】：

[2]。應(yīng)用最為廣泛的兩類(lèi)柔性鉸為單軸和雙軸兩種。最常見(jiàn)的兩類(lèi)單軸柔性鉸結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。直梁型柔性鉸（如圖1.1(a)）有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，但運(yùn)動(dòng)精度較低[3]。單軸圓弧型柔性鉸（如圖1.1(b)）的運(yùn)動(dòng)精度較高，但轉(zhuǎn)動(dòng)范圍相對(duì)較小[4]。常見(jiàn)的兩類(lèi)雙軸柔性鉸結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。柔性球鉸（如圖1.2(a)）是一種雙軸圓柱環(huán)向圓弧形切口柔性鉸，因其運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于剛性機(jī)構(gòu)中的球副而得名，也叫作球副型柔性鉸[5]。雙軸圓弧型柔性鉸（如圖1.2(b)）是在金屬材料兩個(gè)方向上切出兩個(gè)圓弧切口。這幾種柔性鉸切口最薄處太薄，工作時(shí)不夠安全穩(wěn)定，容易被損壞。在六維振動(dòng)隔離平臺(tái)的研究過(guò)程中，結(jié)合振動(dòng)作為一種微運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，支腿與平臺(tái)間的連接機(jī)構(gòu)應(yīng)具有高的軸向剛度、低的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度，即三軸轉(zhuǎn)動(dòng)能力[6]；同時(shí)要求工作時(shí)安全穩(wěn)定，不易損壞。到目前為止，在六維振動(dòng)隔離平臺(tái)的中支腿與平臺(tái)間的連接機(jī)構(gòu)大多采用單軸或雙軸柔性鉸

[4]。常見(jiàn)的兩類(lèi)雙軸柔性鉸結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。柔性球鉸（如圖1.2(a)）是一種雙軸圓柱環(huán)向圓弧形切口柔性鉸，因其運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于剛性機(jī)構(gòu)中的球副而得名，也叫作球副型柔性鉸[5]。雙軸圓弧型柔性鉸（如圖1.2(b)）是在金屬材料兩個(gè)方向上切出兩個(gè)圓弧切口。這幾種柔性鉸切口最薄處太薄，工作時(shí)不夠安全穩(wěn)定，容易被損壞。在六維振動(dòng)隔離平臺(tái)的研究過(guò)程中，結(jié)合振動(dòng)作為一種微運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，支腿與平臺(tái)間的連接機(jī)構(gòu)應(yīng)具有高的軸向剛度、低的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度，即三軸轉(zhuǎn)動(dòng)能力[6]；同時(shí)要求工作時(shí)安全穩(wěn)定，不易損壞。到目前為止，在六維振動(dòng)隔離平臺(tái)的中支腿與平臺(tái)間的連接機(jī)構(gòu)大多采用單軸或雙軸柔性鉸，彈性體，甚至球鉸。傳統(tǒng)球鉸由于存在摩擦、間隙和潤(rùn)滑問(wèn)題，難以采用其實(shí)現(xiàn)高精度定位[7]

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本文編號(hào)：2735895