柔性鉸鏈靜動力學、疲勞壽命及可靠性分析研究
發(fā)布時間：2020-12-26 07:09
柔性鉸鏈是一種特殊的傳動結構,它利用的是材料的可逆的彈性變形來傳遞運動或能量。柔性鉸鏈具有無空回、無摩擦、無間隙、無噪聲、無磨損、空間尺寸小、運動靈敏度高等許多優(yōu)點,所以在宇航、制造、光學、生物工程等諸多領域得到廣泛的應用,但因為變截面的結構特征,而使得分析和設計十分困難且方法復雜,影響和制約了它的進一步的應用和發(fā)展。針對傳統(tǒng)分析設計方法的不足及缺少動力學、疲勞壽命、可靠性分析的研究現狀,本文以單軸柔性鉸鏈為研究對象,對柔性鉸鏈首先進行了靜力學分析:建立單元剛度矩陣,研究了不同結構形式柔性鉸鏈的回轉能力、回轉精度、應力水平,大變形分析。在靜力學分析的基礎上進行了動力學分析:建立動力學方程,計算了固有頻率和振型,研究了動力學響應問題。最后進行了疲勞壽命分析和可靠性分析:分析了影響疲勞壽命的因素,估算了結構的疲勞壽命;分別用應力—強度法和ANSYS的方法進行了結構可靠性分析。在分析過程中,結合算例,利用仿真和計算工具ANSYS、MATLAB進行了建模、仿真和計算,驗證了文中采用的方法的正確性。本文的研究工作,拓展了柔性鉸鏈的研究領域,提高了柔性鉸鏈的分析和設計的精度,對于以柔性鉸鏈為基礎的...
【文章來源】：西安電子科技大學陜西省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：68 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
柔性鉸鏈的分類
(a) 交叉式柔性鉸鏈 (b) 裂筒式柔性鉸鏈圖 1.3 特殊形式的柔性鉸鏈1.2 柔性鉸鏈的研究動態(tài)學者 Paros 在 1965 年提出了柔性鉸鏈的分析設計問題[1]，在該文中的材料力學理論出發(fā)，經過一定的理想化假設，推導出了柔性鉸鏈算公式（包括精確計算公式和簡化公式），其精確計算公式形式較為實用計算公式在許多情況下又會有比較大的誤差；同時，作者給出變形比較小且結構參數在 t≥R 情況下的簡化設計方法，對于變形較微位移系統(tǒng)這種方法的計算精度是比較高的，在分析變形比較大的差，所以在應用時必須考慮是否適用于它的前提條件。對于發(fā)生大構，國外學者 Howell 和 Midha 在 1993 年在研究大變形柔性懸臂梁體模型法，將結構分成剛性部件和柔性部件，將結構的剛性和柔性研究，并用有限元進行了驗證[6] [7] [8] [9]。這種方法在研究大變形柔
圖 2.1 圓弧型柔性鉸鏈結構圖示，柔性鉸鏈由垂直于端面且對稱分布的兩個圓柱面切割而成t 為最小厚度，h 為高度，b 為寬度，特殊的，對于直圓型柔性s 給出的柔性鉸鏈繞 z 軸的轉動剛度計算公式，從材料力學理理想化假設，得到以下結果[1] [2]：222 22 212 3/ 221 3 21 123 12 26 1 221 (1 )EbRtgβ β ββ γγ γ β ββ ββ β γ ββ β ββ γ + + + + + + + + + + × + + （ ）（ ）（ ）（ ） 2R， γ = h 2R，E 為材料的彈性模量。作者也給出了當 β<<1 和 β<<γ 時，即：滿足條件 t<<R 和 t<<1/ 22 / 51 92zzRK M Ebtα π= ≈
【參考文獻】：
期刊論文
[1]大變形柔性鉸鏈的靜剛度分析及應用[J]. 賈明,畢樹生,于靖軍,徐一村. 北京航空航天大學學報. 2005(07)
[2]結構動力學設計優(yōu)化方法的新進展[J]. 顧松年,徐斌,榮見華,姜節(jié)勝. 機械強度. 2005(02)
[3]基于柔性鉸鏈的微位移工作臺性能分析與優(yōu)化設計[J]. 陳時錦,楊元華,孫西芝,程凱. 機械設計. 2004(07)
[4]六自由度微動工作臺柔性鉸鏈設計[J]. 魏玉鳳,余曉芬. 納米技術與精密工程. 2004(02)
[5]柔性鉸鏈微夾持機構的研究[J]. 田世杰,李兵,趙惠英,王朝暉. 西安交通大學學報. 2004(05)
[6]機械產品的一體化抗疲勞設計[J]. 林曉斌. CAD/CAM與制造業(yè)信息化. 2004(Z1)
[7]柔性鉸鏈放大機構的研制[J]. 張群明. 機床與液壓. 2003(06)
[8]3-RRC全柔性機構中柔性鉸鏈剛度矩陣建立[J]. 尹小琴,馬履中,楊啟志,陳瑞芳. 江蘇大學學報(自然科學版). 2003(04)
[9]柔性鉸鏈微位移放大機構工作性能仿真[J]. 劉德忠,費仁元,許意華,潘新文,范欣男. 機械科學與技術. 2003(04)
[10]柔性鉸鏈的應用[J]. 吳鷹飛,周兆英. 中國機械工程. 2002(18)
博士論文
[1]隨機結構可靠性分析和優(yōu)化設計研究[D]. 馬洪波.西安電子科技大學 2004
碩士論文
[1]結構振動疲勞壽命估算方法研究[D]. 孫偉.南京航空航天大學 2005
[2]基于概率的結構動力響應分析與動力優(yōu)化設計研究[D]. 戴君.西安電子科技大學 2000
本文編號：2939264
【文章來源】：西安電子科技大學陜西省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：68 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
柔性鉸鏈的分類
(a) 交叉式柔性鉸鏈 (b) 裂筒式柔性鉸鏈圖 1.3 特殊形式的柔性鉸鏈1.2 柔性鉸鏈的研究動態(tài)學者 Paros 在 1965 年提出了柔性鉸鏈的分析設計問題[1]，在該文中的材料力學理論出發(fā)，經過一定的理想化假設，推導出了柔性鉸鏈算公式（包括精確計算公式和簡化公式），其精確計算公式形式較為實用計算公式在許多情況下又會有比較大的誤差；同時，作者給出變形比較小且結構參數在 t≥R 情況下的簡化設計方法，對于變形較微位移系統(tǒng)這種方法的計算精度是比較高的，在分析變形比較大的差，所以在應用時必須考慮是否適用于它的前提條件。對于發(fā)生大構，國外學者 Howell 和 Midha 在 1993 年在研究大變形柔性懸臂梁體模型法，將結構分成剛性部件和柔性部件，將結構的剛性和柔性研究，并用有限元進行了驗證[6] [7] [8] [9]。這種方法在研究大變形柔
圖 2.1 圓弧型柔性鉸鏈結構圖示，柔性鉸鏈由垂直于端面且對稱分布的兩個圓柱面切割而成t 為最小厚度，h 為高度，b 為寬度，特殊的，對于直圓型柔性s 給出的柔性鉸鏈繞 z 軸的轉動剛度計算公式，從材料力學理理想化假設，得到以下結果[1] [2]：222 22 212 3/ 221 3 21 123 12 26 1 221 (1 )EbRtgβ β ββ γγ γ β ββ ββ β γ ββ β ββ γ + + + + + + + + + + × + + （ ）（ ）（ ）（ ） 2R， γ = h 2R，E 為材料的彈性模量。作者也給出了當 β<<1 和 β<<γ 時，即：滿足條件 t<<R 和 t<<1/ 22 / 51 92zzRK M Ebtα π= ≈
【參考文獻】：
期刊論文
[1]大變形柔性鉸鏈的靜剛度分析及應用[J]. 賈明,畢樹生,于靖軍,徐一村. 北京航空航天大學學報. 2005(07)
[2]結構動力學設計優(yōu)化方法的新進展[J]. 顧松年,徐斌,榮見華,姜節(jié)勝. 機械強度. 2005(02)
[3]基于柔性鉸鏈的微位移工作臺性能分析與優(yōu)化設計[J]. 陳時錦,楊元華,孫西芝,程凱. 機械設計. 2004(07)
[4]六自由度微動工作臺柔性鉸鏈設計[J]. 魏玉鳳,余曉芬. 納米技術與精密工程. 2004(02)
[5]柔性鉸鏈微夾持機構的研究[J]. 田世杰,李兵,趙惠英,王朝暉. 西安交通大學學報. 2004(05)
[6]機械產品的一體化抗疲勞設計[J]. 林曉斌. CAD/CAM與制造業(yè)信息化. 2004(Z1)
[7]柔性鉸鏈放大機構的研制[J]. 張群明. 機床與液壓. 2003(06)
[8]3-RRC全柔性機構中柔性鉸鏈剛度矩陣建立[J]. 尹小琴,馬履中,楊啟志,陳瑞芳. 江蘇大學學報(自然科學版). 2003(04)
[9]柔性鉸鏈微位移放大機構工作性能仿真[J]. 劉德忠,費仁元,許意華,潘新文,范欣男. 機械科學與技術. 2003(04)
[10]柔性鉸鏈的應用[J]. 吳鷹飛,周兆英. 中國機械工程. 2002(18)
博士論文
[1]隨機結構可靠性分析和優(yōu)化設計研究[D]. 馬洪波.西安電子科技大學 2004
碩士論文
[1]結構振動疲勞壽命估算方法研究[D]. 孫偉.南京航空航天大學 2005
[2]基于概率的結構動力響應分析與動力優(yōu)化設計研究[D]. 戴君.西安電子科技大學 2000
本文編號：2939264
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/jixiegongcheng/2939264.html
