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柔性铰链静动力学、疲劳寿命及可靠性分析研究

发布时间:2020-12-26 07:09
  柔性铰链是一种特殊的传动结构,它利用的是材料的可逆的弹性变形来传递运动或能量。柔性铰链具有无空回、无摩擦、无间隙、无噪声、无磨损、空间尺寸小、运动灵敏度高等许多优点,所以在宇航、制造、光学、生物工程等诸多领域得到广泛的应用,但因为变截面的结构特征,而使得分析和设计十分困难且方法复杂,影响和制约了它的进一步的应用和发展。针对传统分析设计方法的不足及缺少动力学、疲劳寿命、可靠性分析的研究现状,本文以单轴柔性铰链为研究对象,对柔性铰链首先进行了静力学分析:建立单元刚度矩阵,研究了不同结构形式柔性铰链的回转能力、回转精度、应力水平,大变形分析。在静力学分析的基础上进行了动力学分析:建立动力学方程,计算了固有频率和振型,研究了动力学响应问题。最后进行了疲劳寿命分析和可靠性分析:分析了影响疲劳寿命的因素,估算了结构的疲劳寿命;分别用应力—强度法和ANSYS的方法进行了结构可靠性分析。在分析过程中,结合算例,利用仿真和计算工具ANSYS、MATLAB进行了建模、仿真和计算,验证了文中采用的方法的正确性。本文的研究工作,拓展了柔性铰链的研究领域,提高了柔性铰链的分析和设计的精度,对于以柔性铰链为基础的... 

【文章来源】:西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:68 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

柔性铰链静动力学、疲劳寿命及可靠性分析研究


柔性铰链的分类

柔性铰链,特殊形式


(a) 交叉式柔性铰链 (b) 裂筒式柔性铰链图 1.3 特殊形式的柔性铰链1.2 柔性铰链的研究动态学者 Paros 在 1965 年提出了柔性铰链的分析设计问题[1],在该文中的材料力学理论出发,经过一定的理想化假设,推导出了柔性铰链算公式(包括精确计算公式和简化公式),其精确计算公式形式较为实用计算公式在许多情况下又会有比较大的误差;同时,作者给出变形比较小且结构参数在 t≥R 情况下的简化设计方法,对于变形较微位移系统这种方法的计算精度是比较高的,在分析变形比较大的差,所以在应用时必须考虑是否适用于它的前提条件。对于发生大构,国外学者 Howell 和 Midha 在 1993 年在研究大变形柔性悬臂梁体模型法,将结构分成刚性部件和柔性部件,将结构的刚性和柔性研究,并用有限元进行了验证[6] [7] [8] [9]。这种方法在研究大变形柔

对称分布,圆弧型,柔性铰链


图 2.1 圆弧型柔性铰链结构图示,柔性铰链由垂直于端面且对称分布的两个圆柱面切割而成t 为最小厚度,h 为高度,b 为宽度,特殊的,对于直圆型柔性s 给出的柔性铰链绕 z 轴的转动刚度计算公式,从材料力学理理想化假设,得到以下结果[1] [2]:222 22 212 3/ 221 3 21 123 12 26 1 221 (1 )EbRtgβ β ββ γγ γ β ββ ββ β γ ββ β ββ γ + + + + + + + + + + × + + ( )( )( )( ) 2R, γ = h 2R,E 为材料的弹性模量。作者也给出了当 β<<1 和 β<<γ 时,即:满足条件 t<<R 和 t<<1/ 22 / 51 92zzRK M Ebtα π= ≈

【参考文献】:
期刊论文
[1]大变形柔性铰链的静刚度分析及应用[J]. 贾明,毕树生,于靖军,徐一村.  北京航空航天大学学报. 2005(07)
[2]结构动力学设计优化方法的新进展[J]. 顾松年,徐斌,荣见华,姜节胜.  机械强度. 2005(02)
[3]基于柔性铰链的微位移工作台性能分析与优化设计[J]. 陈时锦,杨元华,孙西芝,程凯.  机械设计. 2004(07)
[4]六自由度微动工作台柔性铰链设计[J]. 魏玉凤,余晓芬.  纳米技术与精密工程. 2004(02)
[5]柔性铰链微夹持机构的研究[J]. 田世杰,李兵,赵惠英,王朝晖.  西安交通大学学报. 2004(05)
[6]机械产品的一体化抗疲劳设计[J]. 林晓斌.  CAD/CAM与制造业信息化. 2004(Z1)
[7]柔性铰链放大机构的研制[J]. 张群明.  机床与液压. 2003(06)
[8]3-RRC全柔性机构中柔性铰链刚度矩阵建立[J]. 尹小琴,马履中,杨启志,陈瑞芳.  江苏大学学报(自然科学版). 2003(04)
[9]柔性铰链微位移放大机构工作性能仿真[J]. 刘德忠,费仁元,许意华,潘新文,范欣男.  机械科学与技术. 2003(04)
[10]柔性铰链的应用[J]. 吴鹰飞,周兆英.  中国机械工程. 2002(18)

博士论文
[1]随机结构可靠性分析和优化设计研究[D]. 马洪波.西安电子科技大学 2004

硕士论文
[1]结构振动疲劳寿命估算方法研究[D]. 孙伟.南京航空航天大学 2005
[2]基于概率的结构动力响应分析与动力优化设计研究[D]. 戴君.西安电子科技大学 2000



本文编号:2939264

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