抗拉柔性铰链的理论建模及有限元分析
本文选题:抗拉柔性铰链 + LEMs ; 参考:《光学精密工程》2016年01期
【摘要】:为了在保持转动刚度变化不大的情况下,使得LET(Lamina Emergent Torsion)柔性铰链能够适用于存在轴向载荷的场合,即拥有较大的轴向刚度,本文对LET的结构进行了适当改进,设计了一种新型柔性铰链——抗拉LET柔性铰链。基于抗拉LEMs(Lamina Emergent Mechanisms)柔性铰链结构,将整个抗拉LET柔性铰链等效为弹簧刚度模型,并对该弹簧刚度模型进行理论建模,得到封闭解。之后采用ANSYS软件,建立其有限元模型,分析其在转动载荷和轴向载荷两种不同场合下的形变,并同之前的理论模型进行比较。结果表明,采用弹簧刚度模型得到的等效刚度解与仿真分析结果较为一致,抗拉LET柔性铰链的弯曲刚度仅是传统LET柔性铰链的1.12倍,而拉伸刚度却是它的76.43倍。在弯曲刚度没有大幅变化情况下,抗拉LET柔性铰链的抗拉刚度明显增大,抗拉能力大大提高,表明抗拉LET柔性铰链的结构设计符合预期要求。
[Abstract]:In order to make the LET(Lamina Emergent flexure hinge suitable for the case where axial load exists, that is to say, having large axial stiffness, the structure of LET is improved properly in order to keep little change in rotational stiffness. A new type of flexure hinge, tensile LET flexure hinge, is designed. Based on the LEMs(Lamina Emergent Mechanisms-based flexure hinge structure, the whole tensile LET flexure hinge is equivalent to the spring stiffness model. The theoretical model of the spring stiffness model is established and the closed solution is obtained. Then the finite element model is established by using ANSYS software, and its deformation under two different situations of rotational load and axial load is analyzed and compared with the previous theoretical model. The results show that the equivalent stiffness solution obtained by the spring stiffness model is in good agreement with the simulation results. The flexural stiffness of the tensile LET flexure hinge is only 1.12 times that of the traditional LET flexure hinge, while the tensile stiffness is 76.43 times of the traditional LET flexure hinge. The tensile stiffness of the tensile LET flexure hinge is obviously increased and the tensile capacity is greatly improved without any significant change of the flexural stiffness, which indicates that the structural design of the tensile LET flexure hinge meets the expected requirements.
【作者单位】: 江南大学机械工程学院;上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室;上海交通大学系统控制与信息处理教育部重点实验室;哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(No.50905075) 机械系统与振动国家重点实验室开放课题资助项目(No.MSV-201407) 系统控制与信息处理教育部重点实验室开放基金资助项目(No.scip-201506) 机器人技术与系统国家重点实验室开放基金资助项目(No.SKLRS-2016-KF-06) 江苏省普通高校学术学位研究生科研创新计划资助项目(No.KYLX-1115)
【分类号】:TH112
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,本文编号:1815460
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