平面柔顺四杆机构动力学特性分析与优化

发布时间：2017-04-22 17:55

  本文关键词：平面柔顺四杆机构动力学特性分析与优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：柔顺机构的运动和功能是依靠机构中柔性构件的弹性变形来实现的。柔顺机构具有无运动副或少运动副、无摩擦等方面的优点,这些优点使其与传统机构相比在性能上有很大改进,柔性构件对传统机构的性能的改善,使柔顺机构近年来引起很多学者的研究和关注。柔顺机构先期的研究的成果主要是静力学分析和结构设计,近几年对柔顺机构的拓扑优化设计也逐渐成为研究热点,但对动力学特性的分析以及由于受到动态应力而引起的疲劳损伤以及由此引起的可靠性问题的研究则不足。虽然不少研究人员对柔顺机构进行了动力学分析,但大部分是针对柔顺铰链的分析,对柔顺杆以及柔顺机构的整体分析略有不足,由于柔顺机构的自身运动特点使机构在应用中是整体存在的,因此对柔顺机构的整体运动特点的研究具有重要的理论意义和应用价值。 本文以平面柔顺机构的柔顺杆为研究对象,研究包括动力学模型的建立、特性分析、优化设计以及可靠性分析等内容在内的柔顺杆的动力学特性问题。 首先,以柔顺杆为主要特征建立柔顺机构动力学模型。首先充分考虑杆件的大变形特性,以柔顺悬臂梁的伪刚体模型为基础,推导出部分含有柔顺杆的机构的动力学特性,再以此为基础推导出任意含有柔性杆件的柔顺四杆机构的动力学模型。 其次,分析柔顺机构的动力学特性。分析了柔顺机构的固有频率、动态应力及应变,然后通过对机构模态的分析,说明在振动的某一阶模态后期,不可避免地会出现的杆件的扭曲,杆件的扭曲则会对机构产生影响,也是影响机构的性能的提高以及改进的不利的因素。动力学分析为机构的优化提供了目标。 然后,对柔顺机构进行优化设计。先以柔顺机构等效应力最大、总质量最小为优化目标,优化设计出了以柔顺杆为主要特征的柔顺机构；再通过说明各种不同材料的特性以及各自的不同适用范围,说明柔顺机构的优化除了可以采用改变参数,也可以通过改变材料以达到优化的目的。 最后,对机构进行可靠性分析。通过对可靠性的意义及其特征量的阐述,说明对机构进行可靠性分析的必要性。基于迈纳理论,预测杆件的疲劳寿命。根据疲劳累积损伤理论,对构件进行疲劳寿命分析,通过分析构件的可靠度,得出杆件应力集中的位置以及寿命不足的位置。
【关键词】：柔顺机构 柔顺杆 动力学 优化设计 可靠性
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 柔顺机构的动力学分析12-14
• 1.2.2 柔顺机构的优化设计14-15
• 1.2.3 柔顺机构的可靠性分析15-16
• 1.3 本文的研究内容16
• 1.4 本章小结16-19
• 2 柔顺杆为主要特征的柔顺机构的动力学模型19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 伪刚体模型理论19-25
• 2.2.1 伪刚体模型的变量参数关系19-22
• 2.2.2 柔顺四杆机构伪刚体静力学分析22-25
• 2.3 柔顺四杆机构的动力学建模25-35
• 2.3.1 静力学模型和动力学模型间参数关系26-28
• 2.3.2 任意的柔顺机构动力学建模28-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 柔顺机构的动力学特性分析36-48
• 3.1 引言36
• 3.2 动力学分析基本思想36-38
• 3.3 固有频率分析38-39
• 3.4 柔顺杆的动态应力应变分析39-42
• 3.5 参数设计灵敏度分析42
• 3.6 全柔顺四杆机构的动力学分析42-47
• 3.7 本章小结47-48
• 4 柔顺机构的优化设计48-59
• 4.1 引言48-50
• 4.2 柔顺机构的优化设计与分析50-58
• 4.2.1 设计准则51
• 4.2.2 四连杆柔顺机构优化设计51-58
• 4.3 本章小结58-59
• 5 柔顺机构可靠性分析59-70
• 5.1 可靠性问题分析59
• 5.2 累积损伤理论59-63
• 5.3 可靠性优化设计63-65
• 5.4 疲劳可靠性实例分析65-69
• 5.5 本章小结69-70
• 6 总结与展望70-72
• 6.1 本文总结70
• 6.2 未来展望70-72
• 参考文献72-78
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果78-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 谢先海,罗锋武,廖道训;柔顺机构自由度的一种计算方法[J];华中理工大学学报;2000年02期

2 王华伟;余跃庆;王雯静;苏丽颖;;平行导向柔顺机构动力学建模及其频率特性分析[J];机械设计与研究;2008年02期

3 谢先海,廖道训;基于多刚体离散元模型的柔顺机构动力分析新方法[J];机械工程学报;2003年05期

4 于靖军;裴旭;毕树生;宗光华;张宪民;;柔性铰链机构设计方法的研究进展[J];机械工程学报;2010年13期

5 占金青;张宪民;;基于基础结构法的柔顺机构可靠性拓扑优化[J];机械工程学报;2010年13期

6 陈贵敏;李端玲;;平面柔顺机构的自由度[J];机械工程学报;2010年13期

7 张宪民;汪启亮;;柔顺机构疲劳可靠性及损伤识别研究进展[J];华南理工大学学报(自然科学版);2012年10期

8 谢先海,廖道训;基于均匀化方法的柔顺机构的设计[J];中国机械工程;2003年11期

9 李海燕,张宪民,彭惠青;柔顺机构的疲劳可靠性优化设计[J];中国机械工程;2004年23期

10 倪昀;占金青;朱大昌;;基于混合元胞自动机的柔顺机构多目标拓扑优化方法[J];中国机械工程;2012年07期

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本文编号：320902