柔顺双稳态机构的动力学研究

发布时间：2017-08-01 21:06

  本文关键词：柔顺双稳态机构的动力学研究

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【摘要】：科学技术和现代工业的迅速发展，对机械产品的性能提出新要求，传统刚性机构越来越不能满足人们的需要。柔顺机构具有零件数目少、装配时间短或无需装配的特点，能够减少构件间的磨损、摩擦和振动，以及提高机构运动可靠性和精度等。因此，柔顺机构逐渐成为了机构学研究的新热点。柔顺双稳态机构则是柔顺机构研究的一个新方向。目前，国内外对柔顺双稳态机构的研究主要集中在机构运动学、结构设计等方面，而柔顺双稳态机构动力学方面的研究则涉及较少。毋庸置疑，如何改善柔顺双稳态机构的动态特性，对进一步发展和完善柔顺双稳态机构的理论，以及拓展柔顺双稳态机构的应用范围，都具有重要的理论意义和应用价值。 本文以平面柔顺双稳态机构为研究对象，探讨柔顺双稳态机构的动力学问题，主要研究内容包括机构的动力学建模、双稳态特性条件、动态特性和优化设计等。 首先，建立以柔性杆为柔性元件的柔顺机构动力学模型。对静力状态下的伪刚体模型进行修正，充分考虑柔性杆的动力学影响，建立柔顺机构的动力学模型，并通过数值算例，验证建模方法的正确性。建立柔顺机构动力学模型，是本文研究工作开展的前提。 接着，研究柔顺机构的双稳态特性。以能量法和伪刚体模型为理论基础，分别对具有唯一柔性关节和两个柔性关节的柔顺机构进行双稳态特性研究，推导机构具有双稳态特性的几何条件及运动学条件。并通过柔顺机构实例，证明理论推导正确性。 其次，分析柔顺双稳态机构的动态特性。研究柔性杆的几何参数变化对柔顺双稳态机构频率特性的影响及其灵敏度；分析柔顺双稳态机构的驱动特性，探究柔性杆件几何参数、机构初始位置与驱动力之间的变化关系；分析机构动应力和应变在机构运动过程中的变化规律，通过理论推导和有限元仿真，得到柔性杆的最大应力及其发生位置；在动应力、应变分析的基础上，对柔顺双稳态开关的疲劳寿命进行预测分析。 最后，柔顺双稳态机构的优化设计。以机构运动范围最大、质量减少和应变能最大为优化目标，以固有频率、动应力为约束条件，对柔顺双稳态开关实例，，进行优化设计。
【关键词】：柔顺双稳态机构 动力学 建模 双稳态特性 动态特性
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH112
【目录】：

• 论文审阅认定书3-4
• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 图清单12-16
• 表清单16-18
• 变量注释表18-20
• 1 绪论20-32
• 1.1 研究背景与意义20-24
• 1.2 柔顺双稳态机构的研究进展及主要存在的问题24-31
• 1.3 主要研究内容31-32
• 2 柔顺机构动力学模型32-50
• 2.1 柔顺机构大变形非线性问题的研究方法32-34
• 2.2 柔顺机构动力学模型34-49
• 2.3 本章小结49-50
• 3 平面四杆柔顺机构的双稳态特性研究50-73
• 3.1 平衡条件及平衡稳定性的数学表达50-53
• 3.2 平面四杆柔顺机构的双稳态特性53-64
• 3.3 算例分析64-71
• 3.4 本章小结71-73
• 4 柔顺双稳态机构的动态特性研究73-98
• 4.1 固有频率分析73-77
• 4.2 灵敏度分析77-82
• 4.3 驱动特性分析82-87
• 4.4 动态应力应变分析87-93
• 4.5 疲劳寿命分析93-97
• 4.6 本章小结97-98
• 5 柔顺双稳态机构的优化设计98-116
• 5.1 优化设计概述98-100
• 5.2 柔顺双稳态机构的优化100-115
• 5.3 本章小结115-116
• 6 结论与展望116-118
• 6.1 结论116-117
• 6.2 展望117-118
• 参考文献118-123
• 作者简历123-125
• 学位论文数据集125

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：606178