基于拉弯柔性铰链的二级微位移放大机构

发布时间：2017-10-08 03:10

  本文关键词：基于拉弯柔性铰链的二级微位移放大机构

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【摘要】：柔顺机构是一种利用柔性构件本身的弹性变形来实现运动、力、能量的传递和转换的新型机构。与传统机构相比，它可以减少零件数目，缩短装配时间，简化制造过程，且构件之间无缝隙和摩擦，能提高机构的运动精度及使用寿命。 本文系统叙述了基于拉弯柔性铰链二级微位移放大机构的设计、建模、优化和实测的全过程。首先，本文在分析了杠杆式放大机构设计方法和工作原理的基础上，通过级联设计得到一种新型全柔顺微位移放大机构，此机构具备结构简单、高精度、大行程等优点；其次，本文对新型微位移放大机构进行了建模，主要建立了理论模型与ANSYS仿真模型，其中理论模型又包括机构伪刚体模型、经典力学模型和能量法（最小作用量原理）模型；再则，为了简化优化过程，在对整个机构进行优化时，本文提出了两步式优化的思想，第一步先对整个机构尺寸进行优化，主要是确定整体机构的大致尺寸以及机构中柔性铰链的大致位置，第二步是对机构中各个柔性铰链进行优化，主要是柔性铰链的自身切口型式以及具体参数；最后，本文根据优化后的机构参数加工出了实物模型，并进行了实验测试，将实验结果和理论分析结果以及仿真结果进行了对比分析，验证了理论设计的合理性。 考虑到机构受压可能会出现整体或局部压杆失稳的问题，本文设计的新型微位移放大机构为全拉式机构即在工作时机构整体处于受拉状态，这也是新型微位移放大机构的一个优点和创新点。
【关键词】：微位移放大机构 全柔顺 级联设计 两步式优化 全拉式机构
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 微位移放大机构研究背景7
• 1.2 国内外研究现状及研究意义7-9
• 1.3 本文研究的主要内容及目标9-13
• 1.3.1 课题来源及主要工作9-10
• 1.3.2 论文章节安排10-13
• 第二章 新型全柔顺微位移放大机构的构型设计13-31
• 2.1 全柔顺微位移放大机构概述13-17
• 2.1.1 全柔顺微位移放大机构类型及其原理概述13-15
• 2.1.2 柔性铰链通用模型简介15-17
• 2.2 新型微位移放大机构构型设计要求17-19
• 2.2.1 新型微位移放大机构设计要求17-18
• 2.2.2 新型微位移放大机构构型分析18-19
• 2.3 基于通用模型柔性铰链的微位移放大机构设计19-28
• 2.3.1 最初设想模型19-21
• 2.3.2 最初模型简化理论分析21-23
• 2.3.3 最初模型 ANSYS 仿真分析23-24
• 2.3.4 对称式机构的设计24-28
• 2.4 本章小结28-31
• 第三章 新型微位移放大机构的理论建模及柔性铰链机构通用型模型31-55
• 3.1 理论模型初步分析31-32
• 3.2 局部与整体坐标系下形变求解的异同32-35
• 3.3 机构伪刚体模型35-38
• 3.4 机构精确理论模型分析38-50
• 3.4.1 静力学建模分析39-40
• 3.4.2 静力学模型40-48
• 3.4.3 能量法模型48-50
• 3.5 柔性铰链机构通用型模型50-53
• 3.6 本章总结53-55
• 第四章 新型全柔顺微位移放大机构的优化及仿真分析55-77
• 4.1 微位移放大机构的整体分析及机构优化的必要性55-57
• 4.2 机构优化方法简介57-59
• 4.3 微位移放大机构整体尺寸优化59-68
• 4.3.1 机构分块分析及其优化59-64
• 4.3.2 对称机构一半模型整体尺寸优化64-68
• 4.4 机构中柔性铰链参数优化68-73
• 4.4.1 机构中柔性铰链参数优化前参数设定69-70
• 4.4.2 机构中柔性铰链参数优化过程及结果70-73
• 4.5 机构优化前后仿真分析及理论分析对比73-76
• 4.5.1 优化前后机构 ANSYS 仿真分析73-75
• 4.5.2 优化前后仿真分析与理论分析对比75-76
• 4.6 本章总结76-77
• 第五章 全柔顺微位移放大机构的实验测量77-87
• 5.1 实物模型及实验设备介绍77-80
• 5.2 实验测试80-85
• 5.3 实验数据分析85-86
• 5.4 小结86-87
• 第六章 结论与展望87-89
• 6.1 本文总结87-88
• 6.2 展望88-89
• 致谢89-91
• 参考文献91-95
• 在读硕士期间科研情况95-96

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 朱优兵;朱林剑;苑顺鹏;曹向峥;;超磁致伸缩谐波电机的微位移放大器研究[J];微特电机;2016年10期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李庚;空间大挠度梁的变形计算及其在空间柔顺机构建模中的应用[D];西安电子科技大学;2016年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 杜志元;桥式柔顺微定位平台的设计、优化与实验研究[D];山东大学;2016年

2 朱优兵;超磁致伸缩谐波电机特性研究[D];大连理工大学;2016年

3 王康;基于气压驱动的宏/微二维进给位移台的关键技术研究[D];江苏科技大学;2016年

4 刘柯佳;基于柔性铰链的压电作动器优化设计及实验研究[D];南京航空航天大学;2016年

5 徐杰;平面柔性铰链机构的快速建模与分析安卓应用软件开发[D];西安电子科技大学;2015年

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本文编号：991630