柔性微传动机构特性分析及评价
发布时间：2017-07-03 06:02
本文关键词：柔性微传动机构特性分析及评价
【摘要】：柔性微传动机构是基于柔性铰链的弹性变形来实现微量运动传递和转化的，区别于传统的刚性机构体，柔性微传动机构具有传动无间隙、无摩擦、无噪声和免润滑、免装配等突出优点，在精密机械、精密测量、航空航天和生物医学等领域具有巨大的应用前景，已成为时下关注和研究的热点。因此，开展柔性微传动机构的分析和评价方面的研究，对提升我国高精密工业技术水平具有积极推动作用。 本文依托于重庆大学机械传动国家重点实验室自主开发项目和访问学者基金，围绕柔性微传动机构的分析和评价开展了机构构成特性分析、运动学分析、静刚度分析、误差分析、实验以及系统评价等研究。本文主要的研究工作如下： ①应用弹性力学、柔性机构学和机械原理的基本理论，系统地分析了柔性机构基本构成要素的特性和特点：推导了圆角板簧式柔性铰链的空间柔度矩阵；给出了桥式放大机构的精确位移放大比解析式；构建了位移解耦和力解耦的平行导向机构。基于伪刚体理论和系统模块法，搭建了五自由度的柔性微传动平台，推导了其位移解耦的运动学正、逆解。 ②基于铰链的柔度矩阵，运用空间位姿坐标转换法，，建立了整体柔性平台的空间柔度矩阵；分析了桥式机构单桥臂的输入柔度和位移输出特性，讨论了系统关键参数对平台主柔度的影响，揭示了结构参数对机构功能设计和动态特性的影响规律。 ③系统的分析了影响平台传动精度的误差源特性，给出了压电陶瓷在恒力和变力作用下的形变解析式；基于能量法原理对柔性铰链的伪刚体模型精度进行了回转轴误差补偿；归纳了影响柔性机构精度的主要加工误差类型，提出了可以误差预估的柔度矩阵法；利用矢量微分法建立了平台包含驱动误差、铰链误差和加工制造误差的整体误差模型，分析了主要结构参数误差对平台精度的影响，揭示了各误差对平台定位性能的影响规律。 ④确立了评价柔性机构的性能指标，结合仿真和实验，验证了平台理论分析的正确性，得到了平台工作空间、承载能力、定位精度、重复定位精度、位移分辨率、动态响应和模态等各项性能参数；基于分析和评价结论，给出了平台的优化设计策略。
【关键词】：柔性机构 柔性铰链 刚度 误差分析 评价
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH112
【目录】：
- 摘要3-4
- ABSTRACT4-8
- 1 绪论8-14
- 1.1 研究背景及意义8-10
- 1.2 柔性机构的国内外研究现状10-13
- 1.2.1 柔性构成的研究现状10-11
- 1.2.2 机构设计分析和评价方法的研究现状11-13
- 1.3 本论文的主要研究内容13
- 1.4 本章小结13-14
- 2 柔性微传动机构的构成分析14-36
- 2.1 柔性铰链分析14-21
- 2.1.1 铰链空间柔度矩阵推导与分析14-19
- 2.1.2 铰链应力分析与材料选择19-21
- 2.2 放大机构分析21-25
- 2.3 导向机构分析25-30
- 2.4 柔性平台的构型组合30-31
- 2.5 柔性平台基本运动学分析31-34
- 2.6 本章小结34-36
- 3 柔性微传动平台的静刚度分析36-50
- 3.1 柔性单元柔度矩阵的坐标变换36-38
- 3.2 平台柔度矩阵法建模38-45
- 3.2.1 平台结构分析38-39
- 3.2.2 单桥臂的输入柔度求解与特性分析39-41
- 3.2.3 平台柔度矩阵的推导41-45
- 3.3 平台柔度的理论与仿真分析45-49
- 3.4 本章小结49-50
- 4 柔性微传动平台的误差分析50-70
- 4.1 柔性平台的误差源分析50-59
- 4.1.1 驱动元件的误差分析51-52
- 4.1.2 柔性铰链的误差分析52-59
- 4.2 基于矢量法的柔性平台误差模型的建立59-63
- 4.2.1 空间三自由度机构的误差建模59-61
- 4.2.2 平面二自由度机构的误差建模61-62
- 4.2.3 柔性平台误差建模62-63
- 4.3 平台误差分析63-67
- 4.4 本章小结67-70
- 5 柔性微传动平台的评价70-88
- 5.1 平台评价指标70-71
- 5.2 平台评价的实验装备和方法71
- 5.3 平台的静态性能评价71-78
- 5.3.1 平台自由度及工作空间71-73
- 5.3.2 平台承载特性73-74
- 5.3.3 平台定位精度74-78
- 5.4 平台的动态性能评价78-86
- 5.4.1 平台位移分辨率78-79
- 5.4.2 平台动态响应79-80
- 5.4.3 平台模态80-86
- 5.5 平台总性能参数86-87
- 5.6 平台的设计优化策略87
- 5.7 本章小结87-88
- 6 结论与展望88-90
- 6.1 全文总结88-89
- 6.2 后续工作与展望89-90
- 致谢90-92
- 参考文献92-96
- 附录96
- A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录96
- B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录96
【参考文献】
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本文编号：512511
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