刚度频率可调微进给机构的建模与优化

发布时间：2017-06-01 10:10

  本文关键词：刚度频率可调微进给机构的建模与优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文在分析现有微进给机构的基础上,设计了基于弹片式柔性铰链和应力刚化原理的刚度频率可调的微进给机构,以消除制造过程中的误差,更好的适应工况变化。并以结构力学、柔性铰链理论、数据拟合等数值分析方法为理论指导,建立了关于微进给机构承载刚度和进给频率的理论模型,应用MATLAB优化工具箱开发了弹片式柔性铰链的尺寸优化软件模块。在研究上述课题关键技术的基础上,取得了以下成果：(1)设计了一种以压电陶瓷为驱动元件,弹片式柔性铰链为位移放大和导向装置的微进给机构；通过调节弹簧片上所施加的张紧力来改变结构的刚度和固有频率,因此所设计的微进给机构具有刚度频率改变功能。(2)运用多物理场有限元分析软件COMSOL对柔性铰链梁进行刚度分析,经数据拟合和等效建模方法,获得了一端固定一端导向柔性铰链梁的刚度公式,通过软件验证,误差在3%以内。(3)推导了基于弹片式柔性铰链的微进给机构承载刚度和进给频率的计算公式,并用有限元分析软件进行验证,误差在10%以内。(4)基于MATLAB GUI界面设计,将所建立的机构性能与尺寸参数之间的理论关系通过GUI界面进行直观表达,并基于MATLAB优化工具箱对给定承载刚度与进给频率下的机构进行尺寸优化。通过软件进行验证,误差在10%以内。(5)为适应更大范围的刚度频率调节,发明了一种基于移动支撑的刚度频率可调的微进给机构,采用改变弹簧片的有效长度来改变机构的刚度和固有频率。并且建立了关于机构的进给频率与有效长度之间的理论模型,通过软件验证,所建立的理论模型误差在3%以内。
【关键词】：微进给机构 刚度频率可调 柔性铰链 理论建模 结构优化
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 微进给机构的概述13-14
• 1.2 微进给机构的国内外研究现状14-17
• 1.3 研究意义17-18
• 1.4 本文主要工作18-20
• 第二章 刚度频率可调微进给机构结构设计20-28
• 2.1 微进给机构的工作原理20
• 2.2 放大机构的设计20-21
• 2.3 刚度频率调节机构的设计21-23
• 2.4 驱动元件的选择23-25
• 2.5 刚度频率调节性能验证25-27
• 2.5.1 频率调节性能验证25-26
• 2.5.2 放大系数调节性能验证26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第三章 刚度频率可调微进给机构的理论建模28-48
• 3.1 柔性铰链梁力学性能分析28-35
• 3.1.1 一端固定一端导向柔性铰链梁弯曲刚度分析29-31
• 3.1.2 一端固定一端自由柔性铰链梁弯曲刚度分析31-33
• 3.1.3 一端固定一端自由柔性铰链梁拉伸刚度分析33-35
• 3.2 微进给机构承载刚度分析35-37
• 3.3 机构承载刚度的二维静态仿真37-41
• 3.3.1 有限元分析理论37
• 3.3.2 COMSOL Multiphysics4.2位移求解分析过程37-41
• 3.4 微进给机构进给频率分析41-47
• 3.4.1 进给刚度分析41-43
• 3.4.2 等效质量分析43-45
• 3.4.3 进给频率理论建模及仿真验证45-46
• 3.4.4 频率可调理论建模46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 基于MATLAB的结构性能计算与优化48-60
• 4.1 MATLAB GUI界面简介48
• 4.2 性能计算及尺寸优化基本思路48-51
• 4.2.1 性能计算基本思路48-50
• 4.2.2 尺寸优化基本思路50-51
• 4.3 基于MATLAB的GUI界面设计51-56
• 4.4 软件验证56-59
• 4.4.1 性能计算软件验证56-58
• 4.4.2 尺寸优化软件验证58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 基于移动支撑刚度频率可调微进给机构60-69
• 5.1 刚度频率可调微进给机构设计60-62
• 5.1.1 微进给机构结构设计思路60-61
• 5.1.2 微进给机构的特征说明61-62
• 5.2 基于移动支撑刚度频率可调微进给机构进给频率建模62-65
• 5.2.1 进给刚度建模62-63
• 5.2.2 进给频率建模63-65
• 5.3 基于移动支撑频率可调微进给机构软件验证65-68
• 5.3.1 刚度频率调节软件验证65-67
• 5.3.2 频率调节验证67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 总结和展望69-71
• 总结69-70
• 展望70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士期间发表论文75-77
• 致谢77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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3 刘红忠,丁玉成,李涤尘,卢秉恒,李寒松;多维微驱动器纳米定位系统的研究[J];信息与控制;2002年05期

4 徐临燕;栗大超;刘瑞鹏;傅星;张文栋;胡小唐;;基于AFM的纳米梁杨氏模量和残余应力测量[J];仪器仪表学报;2010年01期

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1 桑武斌;二维超精工件台及其控制系统的研究[D];浙江大学;2008年

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本文编号：412342