設(shè)計(jì)了一種以超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器（GMA）為驅(qū)動(dòng)單元,以杠桿式柔性鉸鏈進(jìn)行位移換向放大的微位移傳遞機(jī)構(gòu)。根據(jù)彈性力學(xué)理論,在考慮柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)中心偏移量的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出柔性換向放大機(jī)構(gòu)的放大比和固有頻率表達(dá)式,運(yùn)用Matlab軟件優(yōu)化分析柔性鉸鏈的切割半徑R和最小厚度t等幾何參數(shù),獲得了柔性鉸鏈幾何參數(shù)的最優(yōu)值,并對(duì)優(yōu)化后的結(jié)果進(jìn)行有限元分析,最后,將仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。研究結(jié)果表明,理論分析與有限元分析驗(yàn)證了理論模型的正確性,實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)放大倍數(shù)高、位移換向呈直線(xiàn)輸出的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 

【文章來(lái)源】：機(jī)械傳動(dòng). 2019,43(10)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

杠桿式柔性換向放大機(jī)構(gòu)2（b）柔性換向放大機(jī)構(gòu)

中心偏移量的基礎(chǔ)上，建立了柔性換向放大機(jī)構(gòu)的靜、動(dòng)力學(xué)模型；在理論分析基礎(chǔ)上，獲得柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)柔性換向放大機(jī)構(gòu)靜、動(dòng)特性的影響；建立了優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，對(duì)柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；最后，運(yùn)用有限元分析方法對(duì)整個(gè)柔性機(jī)構(gòu)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。1杠桿式柔性鉸鏈換向放大機(jī)構(gòu)1.1柔性鉸鏈柔性鉸鏈?zhǔn)强赡鎻椥灾谓Y(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、無(wú)間隙、無(wú)摩擦、運(yùn)動(dòng)靈敏性高等優(yōu)點(diǎn)[11-12]。在諸多柔性鉸鏈中，直圓弧型柔性鉸鏈運(yùn)動(dòng)精度高，易于加工，因此被廣泛使用。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，柔性鉸鏈的幾何參數(shù)為：寬度B；最小厚度t；切割半徑R；高度h。假設(shè)柔性鉸鏈的右端為相對(duì)固定端，則柔性鉸鏈左端的轉(zhuǎn)角變形為α，拉壓變形為Δ。柔性鉸鏈在受到繞z軸力矩Mz作用下的轉(zhuǎn)角剛度為[13]kM=Mzα=EBR212f1（1）其中，f1=2s3(6s2+4s+1)(2s+1)(4s+1)2+12s4(2s+1)(4s+1)5/2arctan4s+1（2）s=Rt（3）式中，E為材料的彈性模量；s為柔性鉸鏈的切割半徑R與最小厚度t的比值。柔性鉸鏈在沿著x軸方向的力Fx的作用下，其拉壓剛度為kF=FxΔ=EBf2（4）其中，f2=2(2s+1)4s+1arctan4s+1-π2（5）式中，Δ為柔性鉸鏈的軸向拉壓變形量。1.2換向放大機(jī)構(gòu)模型圖2（a）所示為一種杠桿式柔性換向放大機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖，該柔性換向放大機(jī)構(gòu)由超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，采用的直圓弧型柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)參數(shù)均相同，整體結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，提高了機(jī)構(gòu)的整體剛度，有效避免了橫向位移損?

動(dòng)2019年杠桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，設(shè)作用在柔性鉸鏈i上的力矩和x向軸向力分別為Mi和Fi，則柔性鉸鏈i的轉(zhuǎn)角和軸向變形量分別為αi和Δi，杠桿k的轉(zhuǎn)角為θk，柔性鉸鏈的轉(zhuǎn)角和杠桿轉(zhuǎn)角滿(mǎn)足：α1=α2=θ1，α3=θ1－θ2，α4=θ1+θ2，α5=θ3。圖3所示為第一級(jí)杠桿換向放大機(jī)構(gòu)的受力變形圖，該機(jī)構(gòu)起到了位移換向與放大的作用，杠桿繞著柔性鉸鏈2的旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)力學(xué)平衡條件，可得F1+F3-F2=0（6）F1l1-M1-M2-F3l2-M3=0（7）圖3第一級(jí)杠桿換向放大機(jī)構(gòu)圖設(shè)超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的輸出位移為yin，柔性鉸鏈1在驅(qū)動(dòng)器的作用下，其軸向受壓而產(chǎn)生軸向壓縮量為Δ1；同時(shí)，柔性鉸鏈2的旋轉(zhuǎn)中心會(huì)發(fā)生偏移，偏移量為Δ2。由分析可知，第一級(jí)杠桿換向放大機(jī)構(gòu)的輸入位移為y1為y1=yin-Δ1（8）第一級(jí)杠桿換向放大機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角θ1為θ1=y1-Δ2l1（9）第一級(jí)杠桿換向放大機(jī)構(gòu)的輸出位移y3為y3=l2θ1-Δ2（10）圖4所示為中間傳遞桿受力分析圖，對(duì)微位移進(jìn)行傳遞，由力學(xué)平衡條件可得F4-F3=0（11）M3-M4=0（12）圖5所示為第二級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)的受力變形圖，對(duì)位移進(jìn)行二次放大，該杠桿繞著柔性鉸鏈5的旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)力學(xué)平衡條件，可得F5-F4=0（13）M5-F4l3+M4=0（14）在第一級(jí)杠桿換向放大機(jī)構(gòu)拉力的作用下?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于三角形和杠桿原理的柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)[J]. 唐剛,鄒鵬君,謝高楊,胡敏,徐斌,李志彪.  機(jī)械設(shè)計(jì)與研究. 2018(03)
[2]二級(jí)杠桿柔性鉸鏈復(fù)合結(jié)構(gòu)的雙足壓電直線(xiàn)電機(jī)[J]. 鐘相強(qiáng),黃衛(wèi)清,張軒,孫夢(mèng)馨,盧倩.  光學(xué)精密工程. 2018(01)
[3]超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)偏轉(zhuǎn)放大機(jī)構(gòu)[J]. 張沖,周春桂,范君健.  機(jī)械傳動(dòng). 2018(01)
[4]新型雙臂菱形壓電柔性機(jī)構(gòu)理論設(shè)計(jì)與建模[J]. 蔣州,曹軍義,凌明祥,曾明華,林京.  中國(guó)機(jī)械工程. 2017(21)
[5]雙柔性平行六連桿微動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及測(cè)試[J]. 趙榮麗,陳新,李克天.  光學(xué)精密工程. 2015(10)
[6]基于田口方法的柔性鉸鏈柔度穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 伍建軍,萬(wàn)良琪,吳事浪,聶鵬飛,吳佳偉.  工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào). 2015(03)
[7]柔性機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 于靖軍,郝廣波,陳貴敏,畢樹(shù)生.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2015(13)
[8]柔性微位移放大機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征分析與改進(jìn)設(shè)計(jì)[J]. 劉慶玲.  機(jī)械設(shè)計(jì). 2014(08)
[9]柔性鉸鏈微定位平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J]. 馬立,謝煒,劉波,孫立寧.  光學(xué)精密工程. 2014(02)
[10]壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器杠桿式柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)放大率計(jì)算方法[J]. 沈劍英,張海軍,趙云.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2013(09)

博士論文
[1]基于GMA的二自由度精密微定位平臺(tái)及控制系統(tǒng)研究[D]. 喻曹豐.安徽理工大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3376409