4种柔性铰链的温度效应比较分析

发布时间：2019-05-15 01:54

【摘要】：为了减小温度效应对柔顺机构的影响,比较分析直梁、直圆、椭圆和抛物线型4种典型柔性铰链的温度效应,以便合理选取柔性铰链设计柔顺机构。将柔性铰链划分为2个变截面梁单元,计入温度变化产生的初应变,采用最小势能原理推导出4种柔性铰链的热载荷向量和刚度矩阵,采用拉格郎日方程得出其质量矩阵,得出铰链的力学模型。基于柔性铰链的有限元模型,并以柔顺四杆机构为算例,分别对基于4种柔性铰链的柔顺机构的精度、热应力和热振动进行比较分析,分析结果表明:直圆型铰链的热误差最大,抛物线型次之,椭圆型和直梁型最小;所受热应力由大到小的顺序为直圆、椭圆、抛物线和直梁型铰链;直梁型柔性铰链的热振动谐振频率最小,直圆型和椭圆型次之,抛物线型最大,说明直梁型柔性铰链更容易受动态温度变化影响,但抛物线型在谐振频率处的幅值最大,抛物线型铰链热振动更大。
[Abstract]:In order to reduce the influence of temperature effect on compliance mechanism, the temperature effects of four typical flexible hinges, straight beam, straight circle, elliptical and parabola, are compared and analyzed, so as to reasonably select the flexible hinge to design the compliant mechanism. The flexible hinge is divided into two beam elements with variable cross section, and the initial strain caused by temperature change is taken into account. The thermal load vector and stiffness matrix of four kinds of flexible hinge are derived by using the principle of minimum potential energy, and the mass matrix is obtained by Lagrangian equation. The mechanical model of the hinge is obtained. Based on the finite element model of flexible hinge, and taking the compliant four-bar mechanism as an example, the accuracy, thermal stress and thermal vibration of the compliant mechanism based on four kinds of flexible hinge are compared and analyzed. The results show that the thermal error of the straight circular hinge is the largest, the parabola type is the second, and the elliptical type and the straight beam type are the smallest. The order of thermal stress from large to small is straight circle, ellipse, parabola and straight beam hinge. The thermal vibration resonance frequency of straight beam flexible hinge is the smallest, the straight circle type and elliptical type are the second, and the parabola type is the largest, which indicates that the straight beam flexible hinge is more easily affected by dynamic temperature change, but the amplitude of parabola type is the largest at the resonance frequency. The thermal vibration of parabola hinges is greater.
【作者单位】： 江西理工大学机电工程学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51265016) 江西省自然科学基金资助项目(20122BAB216029)资助~~
【分类号】：TH112

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本文编号：2477225