典型柔性铰链及其杠杆型柔顺机构的理论与实验研究

发布时间：2017-10-22 18:39

  本文关键词：典型柔性铰链及其杠杆型柔顺机构的理论与实验研究

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【摘要】：柔顺机构在精密定位、微操作、微制造等领域有着重要的应用，具有传统刚性机构难以比拟的优势，已经成为了机构领域研究的一大重点。本文将对柔顺机构的两个重要部件——柔性铰链及其杠杆型柔顺机构进行探讨和学习。 首先，本文提出了柔性铰链模块化的概念，将五种典型的柔性铰链（圆弧型、角圆型、椭圆型、双曲线型和抛物线型柔性铰链）分别分解为左右对称的两个模块，选择模块化的双曲线型柔性铰链和角圆型柔性铰链组成了横向不对称柔性铰链。考虑了横向不对称柔性铰链不同固定端其性能不同，并且其旋转中心不在其几何中心上，通过重组模块化柔性铰链的柔度封闭方程得到了新设计柔性铰链的柔度封闭方程。同时给出了计算柔性铰链最大应力的公式。用ANSYS模拟有限元分析检验理论公式的正确性。 其次，根据柔度、精度、柔度精度比率和最大应力，，从理论上比较了双曲线-角圆型、角圆-双曲线型、圆弧型、角圆型、椭圆型、双曲线型和抛物线型柔性铰链，并得出了相关结论。 再次，提出一种准确的、简便的适用于分析基于柔性铰链的杠杆型柔顺机构的模型，该模型考虑了柔性铰链各个自由度的变形对机构运动的影响。以基于柔性铰链的单级和二级杠杆型柔顺机构为例，用该模型分析了这两种机构，并用有限元分析和实验验证了该模型的正确性。 最后，介绍了基于柔顺机构微米级位移测量的实验。先介绍了该实验使用的各种重要仪器以及其使用方法。再以一自由度微动平台为分析对象，从理论、模拟和实验上分析可能影响该实验的因素。设计了一种用于柔顺机构微动平台的可控楔块预紧机构。
【关键词】：杠杆型柔顺机构 柔性铰链 柔度 精度 最大应力
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 研究背景10-13
• 1.3 研究现状13-17
• 1.3.1 缺口型柔性铰链13-15
• 1.3.2 基于柔性铰链的杠杆型柔顺机构15-17
• 1.4 本文研究内容及目的17-19
• 第二章 典型柔性铰链的模块化与重组19-41
• 2.1 引言19
• 2.2 典型柔性铰链的模块化19-25
• 2.2.1 圆弧型柔性铰链22-23
• 2.2.2 角圆型柔性铰链23-24
• 2.2.3 椭圆型柔性铰链24
• 2.2.4 双曲线型柔性铰链24-25
• 2.2.5 抛物线型柔性铰链25
• 2.3 典型柔性铰链的重组25-30
• 2.3.1 双曲线-角圆型柔性铰链26-28
• 2.3.2 角圆-双曲线型柔性铰链28-30
• 2.4 柔性铰链最大应力分析30-32
• 2.5 理论公式的检验32-35
• 2.5.1 柔度封闭方程的检验32-34
• 2.5.2 最大应力公式的检验34-35
• 2.6 柔性铰链性能比较35-40
• 2.6.1 柔度的比较35-36
• 2.6.2 精度的比较36-37
• 2.6.3 柔度精度比率的比较37-39
• 2.6.4 最大应力的比较39-40
• 2.7 本章小结40-41
• 第三章 基于柔性铰链的杠杆型柔顺机构的建模41-53
• 3.1 引言41
• 3.2 基于柔性铰链的杠杆型柔顺机构的分析41-46
• 3.3 用基于柔性铰链的单级杠杆型柔顺机构检验理论模型46-49
• 3.4 用基于柔性铰链的二级杠杆型柔顺机构微动平台检验理论模型49-52
• 3.4.1 基于柔性铰链的二级杠杆型柔顺机构微动平台的设计49-51
• 3.4.2 基于柔性铰链的二级杠杆型柔顺机构微动平台的有限元分析51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 基于柔顺机构的实验研究53-73
• 4.1 引言53
• 4.2 实验系统53-60
• 4.2.1 压电陶瓷控制器和压电陶瓷驱动器53-56
• 4.2.2 双频激光干涉仪系统56-59
• 4.2.3 隔振台59-60
• 4.3 影响位移测量的因素60-68
• 4.3.1 实验分析60-62
• 4.3.2 压电陶瓷驱动器损坏62
• 4.3.3 压电陶瓷驱动器推力不足62-63
• 4.3.4 压电陶瓷驱动器刚度不足63-64
• 4.3.5 楔块预紧机构自锁失效64-65
• 4.3.6 平台边框刚度不足65-66
• 4.3.7 固定平台基座移动66
• 4.3.8 新平台的设计66-68
• 4.4 一种用于柔顺机构微动平台的可控楔块预紧机构68-69
• 4.5 基于柔性铰链的二级杠杆型柔顺机构微动平台的位移测量69-72
• 4.6 本章小结72-73
• 结论与展望73-75
• 参考文献75-81
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果81-82
• 致谢82-84
• 附件84

【参考文献】

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本文编号：1079624