平面增力机构构型综合及插针增力机构设计

发布时间：2020-05-12 16:31

【摘要】：随着现代工业水平的提升,机械系统朝着复杂化、高速化、超精度的方向发展,力放大技术已成为精密机械与精密仪器等领域的关键技术之一。增力机构在机械工程中的应用极其普遍,但是对于力放大机构的分类、增力机构构型设计等问题仍有大量的工作有待去开展。本文以基本力放大单元为对象,研究了增力机构的构型综合设计及其应用,具体包含如下几方面的工作:首先,根据具有增力效应的基本机构单元的共同特性,提出了基于长度效应、角度效应、面积效应的基本力放大机构分类方法。从工程实际出发对现有的增力机构进行归类总结,得到了三类效应增力机构所包含的11种基本力放大单元;对该11种力放大单元的特征及优缺点进行了对比分析,并给出了力增益系数表达式及力放大的适用条件。其次,进行了串并混联增力机构拓扑构型的综合设计。以长度效应和角度效应两种形式的力放大单元为对象,研究由这两类效应所能组合得到的增力机构类型。对其9种基本力放大单元进行增力机构的构型组合创新设计,得到二级串联增力机构类型,并给出了构型简图。研究了三级串联增力机构的构成形式,得到三级串联增力机构类型,以长度-角度-长度三级串联增力机构为例,给出了构型简图。讨论通过并联组合创新设计得到增力机构构型的设计方法。对比分析了串并联机构的优势和不足,利用力放大单元的串联与并联进行组合创新设计得到混联增力机构的构成方法。以2S1P混联组合模式中的第(4)种拓扑类型为例,研究了该类机构的组成形式并给出了构型简图。最后,基于混联增力机构拓扑构型3S3P中的典型构型实例,设计了一款可应用于电子设备中的精密插针机构。按照插针机构设计的要求,进行了机构方案设计和尺度设计。基于矢量法列出了机构的闭合回路方程,通过Newton-Raphson法对三角函数超越方程组进行数值求解,完成了机构的位置分析。根据全微分理论,对机构在运动过程中的位置误差规律进行了分析。通过静力学分析得到了机构的力增益变化曲线。完成了插针机构整体模型的结构设计,并基于ABAQUS和ADAMS对机构模型进行了动力学仿真分析,进而验证了所设计插针机构运动的正确性。进行了实验样机的研制与测试,整体上,样机在空间尺度、工作性能、操作功能、机构锁止、定位精度等方面均满足设计指标的要求。
【图文】：

外骨骼,增力

(a) 六自由度下肢增力型外骨骼 (b) Walsh 设计的外骨骼(c) BLEEX (d) HULC图1.1 增力型外骨骼在机械臂应用方面：杨益研究了串联增力机构的基本构成形式，，提出了由基本构件重新组合的方式得到用于工业机械臂中的增力机构设计方法，并创新设计出多种由气动驱动的机械臂夹紧机构，并对机械臂夹紧机构的综合性能进行了系统分析[17]。

机构运动学分析,回路

研究该机构的传动特性对机构运动性能的影响。整个机构包含 ABCD 和DCE 两个回路。图4.4 机构运动学分析对于 ABCD 回路，有AB BC CD AD 0，可以得到 1 2 3sin（ - ） sin sin 0AB BC CD AB BCL L L L L (4-4) 1 2 3cos（ - ） cos cos 0AB BC CD CDL L L L (4-5)对于 DCE 回路，有DC CE ED 0，可以得到 3 4sin（） sin（ - ） 0DC CEL L (4-6) 3 4cos（） cos（ - ） 0DC CEL L S (4-7)以上机构回路所得的方程(4-4)、(4-5)、(4-6)、(4-7)中，ABL 为该部分机构的等效主动输入杆件， ,BC CD CEL ，L L为各活动杆杆长
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH112

【参考文献】