柔性微传动机构的构型设计与分析研究

发布时间：2019-09-21 09:23

【摘要】：在精密机械及微纳米领域，柔性微传动机构是利用材料的弹性变形传递或转换运动、力或能量的新型机构，该机构是微纳米级微动工作台的关键执行机构，以无机械摩擦、无间隙、无装配和高位移分辨率的优点，已成为目前关注和研究的热点。而新型柔性微传动机构的构型设计尚无系统统一的设计方法，所以，开展有关设计理论及方法的研究，对提升我国高精密技术水平具有积极的推动作用。论文选题来源于重庆大学机械传动国家重点实验室自主研究项目和重庆大学机械传动国家重点实验室开放基金资助项目（SKLMT-KFKT-200806）。本文以创新设计方法为目的，旨在探索建立一种比较实用的柔性微传动机构的构型设计方法，以更好地指导工程实践。针对柔性微传动机构，开展了有关基本传动原理及计算方法、微传动机构分类及构型、开发构型综合的参数化设计软件、仿真及实验验证等研究。本文的主要研究内容如下：采用机械原理、柔顺机构学和图论中的基本理论和算法，研究了微传动机构的基本传动原理，对柔性微传动机构模块进行了分析计算，建立了微传动机构的基本计算方法。采用以微传动功能为核心的分类方法，对已有的单元和机构的类型进行了归类统一，开展了柔性微传动机构及模块的分类研究。对所抽象的模块进行分析，利用图论中的相关算法，探索出一种柔性微传动机构的构型综合设计模式，建立了微传动机构的分类与构型综合方法。基于VB、Automation Gateway和Pro/E等软件，采用混合编程方法，开发了柔性微传动机构的参数化构型综合设计软件，建立了八种柔性铰链的参数化实体模型，实现了单元、部件的参数化设计和部件、机构的自动装配构型设计，达到了简化设计过程的目的。对所开发软件设计的微传动机构进行了仿真分析，研究了微传动机构材料及加工制造方法，分析了电火花线切割加工工艺的关键点，通过实验台的搭建完成了相关的实验研究。通过有限元仿真分析和实验验证，证明了柔性微传动机构构型综合设计及分类方法的可行性和正确性。
【图文】：

结构图,亚纳米,定位机构

其理论分析模型，通过分析计算其放大倍数可达30倍以上。N. Lobontiu等[19]基于卡氏第二定理推导了桥式放大机构的理论位移放大倍数，并分析了其刚度特性。国立台湾大学的S.H. Chang等[20]提出了Scott-Russel机构并推导了微位移放大倍数公式，通过有限元方法和实验分析对其进行了静力学和动力学特性验证。哈尔滨工业大学的马洪文等[21]采用弹性梁理论对桥式机构的动态放大倍数进行了研究，并推导了详尽的理论计算公式，使放大机构的理论研究进一步加深。1.2.3 柔性微传动机构的研究现状在柔性微传动机构方面，美国和日本等国家对该方面理论及应用研究都比较深入。国内方面，哈尔滨工业大学，中国科学院，清华大学，上海交通大学等也进行了相关的研究。美国国家标准局学者 E.Scire 和 E.C.Teague[22]在六十年代初首先采用柔性铰链为弹性支撑，以压电陶瓷微位移驱动器驱动的原理成功研制了单自由度亚纳米定位机构，其运动行程可达 50μm，其结构图如图 1.1 所示。美国罗德岛大学 Renyi Yang 等[23]设计了一种新型单轴紧凑的垂直运动工作台，并成功应用于激光焊接设备，其运动行程可达 200μm。

结构图,传动机构,一维

其理论分析模型，通过分析计算其放大倍数可达30倍以上。N. Lobontiu等[19]基于卡氏第二定理推导了桥式放大机构的理论位移放大倍数，并分析了其刚度特性。国立台湾大学的S.H. Chang等[20]提出了Scott-Russel机构并推导了微位移放大倍数公式，通过有限元方法和实验分析对其进行了静力学和动力学特性验证。哈尔滨工业大学的马洪文等[21]采用弹性梁理论对桥式机构的动态放大倍数进行了研究，并推导了详尽的理论计算公式，使放大机构的理论研究进一步加深。1.2.3 柔性微传动机构的研究现状在柔性微传动机构方面，美国和日本等国家对该方面理论及应用研究都比较深入。国内方面，，哈尔滨工业大学，中国科学院，清华大学，上海交通大学等也进行了相关的研究。美国国家标准局学者 E.Scire 和 E.C.Teague[22]在六十年代初首先采用柔性铰链为弹性支撑，以压电陶瓷微位移驱动器驱动的原理成功研制了单自由度亚纳米定位机构，其运动行程可达 50μm，其结构图如图 1.1 所示。美国罗德岛大学 Renyi Yang 等[23]设计了一种新型单轴紧凑的垂直运动工作台，并成功应用于激光焊接设备，其运动行程可达 200μm。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH112

【参考文献】