基于柔性铰链通用模型的柔性位移放大机构建模方法研究

《基于柔性铰链通用模型的柔性位移放大机构建模方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于柔性铰链通用模型的柔性位移放大机构建模方法研究刘小院西安电子科技大学基于柔性铰链通用模型的柔性位移放大机构建模方法研究作者姓名刘小院导师姓名、职称贾建援、陈贵敏教授201年4一级学科机械工程二级学科机械电子工程9月申请学位类别工学博士提交学位论文日期2014年9月学校代码107010507210013学号分类号TN82TH122公开密级西安电子科技大学博士学位论文基于柔性铰链通用模型的柔性位移放大机构建模方法研究作者姓名：刘小院一级学科：机械工程二级学科：机械电子工程学位类别：工学博士指导教师姓名、职称：贾建援、陈贵敏教授提交日期：2014年9月Modelingof

2、CompliantDisplacementAmplifierBasedonaGeneralizedModelForConicFlexureHingesAdissertationsubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyByLiuXiaoyuan(MechatronicEngineering)Supervisor:Prof.JiaJianyuanandProf.ChenGuiminSeptember2014西安电子科技大学学

3、位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文

4、工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要作为柔性铰链机构的核心单元，柔性铰链的选型与参数设计直接关系到机构的整体性能。由于对各种切口型式的柔性铰链的研究是独立完成的，每种铰链都对应一套十分复杂的设计计算公式，这使得柔性铰链机构的设计者在选择铰链型式时难度很大。在进行柔性铰链参数设计之前，

5、设计者主要根据经验来完成柔性铰链的选型，这样难以保证所选择的铰链切口型式最佳。柔性铰链的通用模型方法，通过通用的解析模型将多种切口形状的柔性铰链统一起来，从而将柔性铰链切口型式的选择和参数设计两个过程合二为一。论文基于圆锥曲线类柔性铰链的通用模型，以桥式柔性位移放大机构为研究对象，研究柔性位移放大机构的运动静力学和动力学建模、应力分析以及涉及柔性铰链切口选型和机构几何参数（包括柔性铰链的几何参数）的多目标优化设计。论文完成的主要工作有：(1)利用圆锥曲线的统一极坐标方程，提出了一种圆锥曲线类柔性铰链的通用模型，并基于小变形梁假设，推导了柔性铰链沿各个方向柔度的解析表达式

6、；基于圆锥曲线类柔性铰链的通用模型，综合考虑机构中柔性铰链的切口形状及几何参数、机构中刚性杆的几何参数，建立了柔性位移放大机构的静力学分析模型；基于该模型分析了柔性铰链切口形状及机构几何参数对机构静力学性能的影响，以及柔性铰链几何参数加工误差对机构静力学性能的影响。(2)基于力插值的有限元法，采用单位载荷法推导了柔性铰链的通用位移插值函数，并利用位移插值函数给出了圆锥曲线类柔性铰链的一致质量矩阵表达式。基于圆锥曲线类柔性铰链的通用模型，建立了单个柔性铰链的动力学方程，并分析了柔性铰链切口形状及几何参数对其基频的影响。(3)分别基于伪刚体模型和多柔体系统动力学理论，建立了

7、柔性位移放大机构的动力学分析模型；基于圆锥曲线类柔性铰链的通用模型，分析了机构中柔性铰链的切口形状及机构几何参数对放大机构最低阶固有频率的影响。(4)基于圆锥曲线类柔性铰链的通用模型，研究了平面载荷作用下柔性铰链中的应力分布，并根据畸变能密度屈服准则，给出了柔性铰链最大名义应力的计算公式及强度校核条件；基于有限元仿真分析数据，采用数值拟合法，得到了圆锥曲线类柔性铰链的拉伸应力集中系数和弯曲应力集中系数的经验计算公式，并考虑应力集中影响给出了平面载荷作用下柔性铰链及位移放大机构最大应力的计算公式。I西安电子科技大学博士学位论文(5)根据使用