柔性转动铰机构的设计优化及实验应用研究

发布时间：2020-12-11 04:35

　　柔性机构具有易整体加工、精度高、免于装配、无摩擦磨损等优势,广泛应用于航空航天、医学工程、微机电系统与光学观测控制系统等领域。但是,使柔性机构在满足刚度需求的同时实现大行程的平动或转动以及避免轴漂与寄生误差等问题一直是柔性机构的设计难点。本文以柔性转动机构设计为研究对象,针对柔性机构的设计难点,利用拓扑优化方法对柔性转动铰机构的初始结构进行优化设计,使其在满足刚度需求的同时实现大行程转动。再利用设计的柔性转动铰,针对光学观测控制系统的平面镜转动控制问题,设计构建了一种柔性调节装置。首先,针对柔性转动铰机构的设计,根据需求设定初始模型及刚性区域与弹性结构区域,利用水平集方法对柔性转动铰机构的初始结构进行拓扑优化设计,使其可以实现尽可能大的转动位移以及尽可能小的平动位移从而满足设计需求。对优化后的模型进行结构重构,并对出现的边缘锯齿状以及结构尖角等问题进行分析处理,从而初步地避免应力集中问题。其次,利用ANSYS有限元分析软件对重构后的柔性转动铰机构进行有限元仿真分析,从位移变化情况、应力变化情况以及转角变化情况来对柔性转动铰机构的性能进行分析。优化后的柔性转动铰机构在保证结构安全性的前提... 

【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

施加边界约束的柔性转动铰机构的设计模型

d 表示Z 轴方向上系数。因此，在柔性转动铰机构束的条件下，如何让转动位移最构的位移和应变进行数值求解，化问题。标函数中的转动位移来控制柔数中的平动位移来实现控制结构刚度需求。，为了减少拓扑优化的计算量，值计算，为了更好地实现水平集图 2.3 所示。

通过调节目标函数中的权重系数可以获得不同的优化结果，其中优化后的两组典型算例的结果如图2.4 所示。其中，案例 I 结构是使目标函数中的转动位移实现最大化得到的，并未考虑平动位移最小化要求。相应地，案例 II 结构主要考虑转动位移最大化的同时使得平动位移最小化，此结构的柔性转动铰具有更好地柔性与刚度综合性能。由图 2.4 所示，优化后的两组结构均可以很好地表达结构的几何形状，但是由于网格密度的影响从而导致优化后的两组结果存在尖角与边缘锯齿状现象，因此可以针对出现的这两种问题分别对优化后的案例 I 与案例 II 结构进行

【参考文献】：
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博士论文
[1]天基大口径反射镜轻量化设计及复合支撑技术研究[D]. 王克军.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016

硕士论文
[1]空间反射镜bipod支撑技术研究[D]. 周宇翔.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016



本文编号：2909915