深切口椭圆柔性铰链优化设计 被引量：25

1

作者 卢倩 黄卫清 +1 位作者 王寅 孙梦馨 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期206-215,共10页

考虑深切口椭圆形柔性铰链比其他常用的柔性铰链更适用于具有大行程要求的柔性机构,本文对其进行了优化设计。建立了深切口椭圆形柔性铰链的刚度模型,探讨了结构参数对其转动刚度的影响。分析了深切口椭圆柔性铰链的柔度矩阵,利用Newton... 考虑深切口椭圆形柔性铰链比其他常用的柔性铰链更适用于具有大行程要求的柔性机构,本文对其进行了优化设计。建立了深切口椭圆形柔性铰链的刚度模型,探讨了结构参数对其转动刚度的影响。分析了深切口椭圆柔性铰链的柔度矩阵,利用Newton-cotes求积公式简化了柔度系数的计算,在此基础上构建了多目标加权优化模型,利用模糊优化设计方法对各结构参数进行了优化设计。优化结果表明:绕Z轴旋转的角位移提高了16.72%;绕Y轴旋转角位移下降了16.01%;沿X轴、Y轴和Z轴产生的线位移分别下降了10%、29.33%和51.84%。数据显示:经过优化的柔性铰链在所期望的Z轴方向上的转动能力得到了提高,同时抑制了其他方向上的运动能力,从而提高了柔性铰链的整体运动精度和结构柔度,可用于高精密、大行程光波导封装定位平台。 展开更多

关键词 椭圆柔性铰链 深切口 刚度模型 柔度矩阵 多目标优化 模糊优化

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深切口椭圆柔性铰链 被引量：25

2

作者 陈贵敏 韩琪 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期570-575,共6页

提出了一类椭圆柔性铰链——深切口椭圆柔性铰链,其切口的宽度为椭圆的短半轴,而切口的深度为椭圆的长半轴。基于材料力学中的变截面梁的弯曲理论,通过引入离心角作为积分变量,推导出了这类柔性铰链的转角、转动精度和最大应力的解析计... 提出了一类椭圆柔性铰链——深切口椭圆柔性铰链,其切口的宽度为椭圆的短半轴,而切口的深度为椭圆的长半轴。基于材料力学中的变截面梁的弯曲理论,通过引入离心角作为积分变量,推导出了这类柔性铰链的转角、转动精度和最大应力的解析计算公式。这些公式简洁、规范,可用于工程设计中的计算和分析。用有限元分析软件ANSYS分析了多个不同尺寸的椭圆柔性铰链,分析结果与解析计算公式的计算结果吻合得很好。其中转角的最大误差不超过4%,最大应力的最大误差不超过5%,转动精度的最大误差不超过7%,说明了这些解析计算公式的正确性。分析结果也表明,这类铰链非常适合于要求高精度传动的应用场合。 展开更多

关键词 椭圆柔性铰链 柔度 转动精度 有限元法

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基于灰色关联度的深切口椭圆柔性铰链稳健性优化设计 被引量：5

3

作者 伍建军 黄裕林 +1 位作者 谢周伟 吴小明 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2016年第7期11-14,共4页

针对深切口椭圆柔性铰链设计结构参数存在不稳定的问题,建立了深切口椭圆柔性铰链的柔度运动模型,基于该模型提出了一种基于灰色关联度的稳健设计新方法。该方法是通过描述深切口椭圆柔性铰链柔度的一个关联度序列,分析铰链的柔度线性关... 针对深切口椭圆柔性铰链设计结构参数存在不稳定的问题,建立了深切口椭圆柔性铰链的柔度运动模型,基于该模型提出了一种基于灰色关联度的稳健设计新方法。该方法是通过描述深切口椭圆柔性铰链柔度的一个关联度序列,分析铰链的柔度线性关系,利用灰色关联度评估铰链的柔度的关联程度,然后根据方差分析表中的方差波动百分比对每个因子的进行排序,得到一个关联度最大的稳健性因子水平组合。结果表明该方法可以为柔性铰链在可靠性稳健设计方面提供一种新的解决途径。 展开更多

关键词 深切口椭圆柔性铰链 灰色关联度 稳健设计

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深切口椭圆柔性铰链疲劳寿命预测方法与模型 被引量：1

4

作者 伍建军 廖泰健 +2 位作者 叶祥 刘海平 汪辉 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2017年第5期88-91,共4页

针对深切口椭圆柔性铰链疲劳失效难以准确预测的难题,提出了一种应力-寿命模型的方法。该方法首先采用有限元对柔性铰链进行结构与受力分析,发现缺口薄弱处的应力最大处易发生失效,并给出最大应力计算公式;然后建立应力-寿命模型,利用... 针对深切口椭圆柔性铰链疲劳失效难以准确预测的难题,提出了一种应力-寿命模型的方法。该方法首先采用有限元对柔性铰链进行结构与受力分析,发现缺口薄弱处的应力最大处易发生失效,并给出最大应力计算公式;然后建立应力-寿命模型,利用经验估算法获取柔性铰链材料的疲劳强度估计值;最后通过引入Marin方法来修正疲劳强度精度,进而获取寿命预测值。实例表明该方法可以为柔性铰链疲劳寿命预测提供一种新途径。 展开更多

关键词 椭圆柔性铰链 疲劳失效 寿命预测 应力-寿命模型

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基于椭圆形柔性铰链微克级单体式称量机构性能分析与优化

5

作者 朱锦辉 王健 +1 位作者 江文松 罗哉 《计量学报》 CSCD 北大核心 2024年第8期1170-1176,共7页

为了提高单体式称量机构的灵敏度,对微克级的单体式称量机构进行性能分析与优化,建立了基于椭圆形柔性铰链称量机构的数学模型;以称量机构的横梁末端位移来评价称量机构的灵敏度,通过在不同部分改变铰链厚度,分别验证椭圆形和圆弧形铰... 为了提高单体式称量机构的灵敏度,对微克级的单体式称量机构进行性能分析与优化,建立了基于椭圆形柔性铰链称量机构的数学模型;以称量机构的横梁末端位移来评价称量机构的灵敏度,通过在不同部分改变铰链厚度,分别验证椭圆形和圆弧形铰链对称量机构灵敏度的影响。结合Ansys Workbench有限元仿真软件对模型的准确确度进行了验证,给出了针对柔性铰链划分网格时的评价依据,结果表明:模型的最小误差为1.8%;且在1μg载荷下,椭圆形铰链相比于圆弧形增加了0.39 nm的末端位移。 展开更多

关键词 质量计量 微克级称量 单体式称量机构 椭圆形柔性铰链 有限元仿真

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椭圆弧柔性铰链刚度简化计算及优化设计 被引量：13

6

作者 付锦江 颜昌翔 +1 位作者 刘伟 袁婷 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1703-1710,共8页

本文主要研究了椭圆弧柔性铰链刚度的优化设计方法。首无,针对椭圆弧柔性铰链刚度计算公式过于复杂的问题,采用幂函数非线性曲线拟合的方法,推导了椭圆弧柔性铰链刚度的近似理论计算公式。然后,基于近似理论计算公式,分析了柔性铰链的... 本文主要研究了椭圆弧柔性铰链刚度的优化设计方法。首无,针对椭圆弧柔性铰链刚度计算公式过于复杂的问题,采用幂函数非线性曲线拟合的方法,推导了椭圆弧柔性铰链刚度的近似理论计算公式。然后,基于近似理论计算公式,分析了柔性铰链的精度特性及工作时的最大应力;采用GlobalSearch全域优化指令和Fmincon局域优化指令对椭圆弧柔性铰链工作方向的最大刚度进行了优化设计。最后,采用有限元仿真和实验验证的方法证实近似理论计算公式的适用性和优化结果的可靠性。验证显示:实验结果与近似理论计算结果的相对误差小于5%,表明提出的方法不仅省去了繁杂的有限元模型建立以及计算和修改的过程,大大提高了设计效率;而且通过优化计算可以得到椭圆弧柔性铰链的最大刚度。 展开更多

关键词 椭圆弧柔性铰链 转动刚度 刚度计算 非线性曲线拟合 优化设计 有限元分析

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椭圆形多轴柔性铰链的柔度计算及性能分析 被引量：3

7

作者 刘庆玲 关立新 于常娟 《机械设计》 CSCD 北大核心 2019年第2期102-107,共6页

多轴柔性铰链具有多个自由度,适用于三维空间运动。文中基于线弹性小变形假设,以卡氏第二定理为理论基础,得出椭圆形多轴柔性铰链的柔度计算式。选择一组椭圆形多轴柔性铰链进行柔度实例计算,同时对其进行有限元分析,验证椭圆形多轴柔... 多轴柔性铰链具有多个自由度,适用于三维空间运动。文中基于线弹性小变形假设,以卡氏第二定理为理论基础,得出椭圆形多轴柔性铰链的柔度计算式。选择一组椭圆形多轴柔性铰链进行柔度实例计算,同时对其进行有限元分析,验证椭圆形多轴柔性铰链柔度计算式的正确性,同时进行误差分析。引入比例系数ζ,当ζ<0.5时,所有柔度项的误差基本在11%以内,当ζ≥0.5时,除C1,x-Fx之外的各柔度项误差明显增大,最大误差达到28%。利用所得的柔度计算式分析了铰链半短轴n、最小截面直径t对柔度的影响,同时对比分析了柱形、椭圆形、直圆形多轴柔性铰链柔度的差异。综上所述,为椭圆形多轴柔性铰链在空间柔性机构应用中的性能分析与选型设计提供了理论基础与思路。 展开更多

关键词 椭圆形多轴柔性铰链 柔度计算 有限元 比例系数ζ 性能分析

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快速反射镜椭圆弧柔性铰链多目标优化设计 被引量：4

8

作者 吴松航 董吉洪 +2 位作者 徐抒岩 于夫男 许博谦 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期179-187,共9页

在快速反射镜柔性铰链优化设计中,为保障反射镜精度和稳定性,应尽量提高柔性铰链工作轴转动柔度和非工作轴转动刚度。以某快速反射镜的椭圆弧柔性铰链为研究对象,首先利用最小二乘法和积分思想推导了三个转动轴的转动柔度公式,与有限元... 在快速反射镜柔性铰链优化设计中,为保障反射镜精度和稳定性,应尽量提高柔性铰链工作轴转动柔度和非工作轴转动刚度。以某快速反射镜的椭圆弧柔性铰链为研究对象,首先利用最小二乘法和积分思想推导了三个转动轴的转动柔度公式,与有限元法对比,二者最大相对误差小于6.8%,解决了矩形截面扭转柔度积分过于复杂的问题;其次基于改进的非支配排序遗传算法(NSGA-II)对三个转动轴进行了多目标优化设计,达到设计指标,所得最优解和求解效率较传统算法有了明显提高,其中Pareto解求解效率较多岛遗传算法(MIGA)提高了14.3%,较粒子群算法(PSO)提高了25%;最后对NSGA-II算法所得最优解进行了有限元验证,结果表明二者最大相对误差小于6.5%,吻合较好。 展开更多

关键词 快速反射镜 椭圆弧柔性铰链 柔度公式 NSGA-II算法

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微夹持机构中椭圆弧柔性铰链的模糊优化设计 被引量：4

9

作者 尹文韬 芮延年 李瑞 《机床与液压》 北大核心 2011年第23期104-107,共4页

以增大椭圆弧柔性铰链的偏转角αz为目标,通过模糊优化设计,结合ANSYS仿真,研究微夹持机构中柔性铰链的优化问题。建立柔性铰链的参数优化模型,采用MATLAB对铰链的最小厚度t、长半轴a、短半轴b和力矩Mz进行优化,并通过ANSYS仿真进行检... 以增大椭圆弧柔性铰链的偏转角αz为目标,通过模糊优化设计,结合ANSYS仿真,研究微夹持机构中柔性铰链的优化问题。建立柔性铰链的参数优化模型,采用MATLAB对铰链的最小厚度t、长半轴a、短半轴b和力矩Mz进行优化,并通过ANSYS仿真进行检验。结果证明:优化后的柔性铰链偏转角大小与有限元仿真结果的相对误差为5.39%,比较吻合,说明了优化设计方法的正确性。 展开更多

关键词 椭圆弧柔性铰链 偏转角 模糊优化

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新型直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的柔度计算及其性能分析 被引量：2

10

作者 刘庆玲 王梓翰 于常娟 《机床与液压》 北大核心 2019年第5期39-43,共5页

多轴柔性铰链应用于空间柔性机构。提出一种新型多轴柔性铰链——直圆椭圆复合型多轴柔性铰链,以卡氏第二定理为理论基础,推导直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的柔度计算式。采用所得计算式对一组实例进行柔度计算,同时对其进行有限元分析... 多轴柔性铰链应用于空间柔性机构。提出一种新型多轴柔性铰链——直圆椭圆复合型多轴柔性铰链,以卡氏第二定理为理论基础,推导直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的柔度计算式。采用所得计算式对一组实例进行柔度计算,同时对其进行有限元分析。通过对比分析,二者误差在14%以内,验证了计算式的正确性。借助于推导的计算式,分析直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的结构参数对其柔度的影响。定义相对柔度比,得出直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的转动能力、对载荷的敏感性均优于直圆型多轴柔性铰链。综上,直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的提出,为柔性铰链在空间柔性机构的工程应用提供了新的思路。 展开更多

关键词 直圆椭圆复合型多轴柔性铰链 柔度 性能分析 有限元

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椭圆抛物线型复合柔性铰链机构研究

11

作者 蔡言龙 杜文圣 王睿晗 《河北农机》 2019年第2期31-32,共2页

本文提出一种新型椭圆抛物线型复合柔性铰链机构,该柔性铰链由半个椭圆、半个抛物线复合而成。通过建立力学模型,推导出椭圆抛物线型复合柔性铰链的柔度计算公式,并利用有限元仿真软件对该复合柔性铰链进行仿真,验证了所推导公式的正确... 本文提出一种新型椭圆抛物线型复合柔性铰链机构,该柔性铰链由半个椭圆、半个抛物线复合而成。通过建立力学模型,推导出椭圆抛物线型复合柔性铰链的柔度计算公式,并利用有限元仿真软件对该复合柔性铰链进行仿真,验证了所推导公式的正确性。并分析该复合铰链各个结构参数对其柔度的影响,为其在精密传动与制造方面的应用提供了理论基础。 展开更多

关键词 椭圆抛物线型复合柔性铰链 柔度计算 有限元仿真 精密传动

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快速控制反射镜两轴柔性支撑平台刚度优化设计 被引量：5

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作者 付锦江 颜昌翔 +1 位作者 刘伟 袁婷 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期3378-3386,共9页

基于椭圆弧柔性铰链兼顾了直梁型柔性铰链运动范围大和圆弧型柔性铰链运动精度高的特点,设计了基于椭圆弧柔性铰链的二维快速控制反射镜系统两轴柔性支撑平台。为使柔性支撑平台快速响应性好,即使其低阶固有频率最大化,对该柔性支撑平... 基于椭圆弧柔性铰链兼顾了直梁型柔性铰链运动范围大和圆弧型柔性铰链运动精度高的特点,设计了基于椭圆弧柔性铰链的二维快速控制反射镜系统两轴柔性支撑平台。为使柔性支撑平台快速响应性好,即使其低阶固有频率最大化,对该柔性支撑平台进行了结构优化设计。理论推导了单个柔性铰链最大刚度与许用应力、转角和铰链参数的理论计算公式。然后,采用集总参数的分析方法,得出了两轴柔性支撑平台低阶最大固有频率的理论计算公式。由公式可知:在转动惯量一定的情况下,低阶固有频率最大化即为工作方向刚度最大化。最后,通过有限元仿真和实验检测验证了理论计算的准确性,得到的结果显示:柔性支撑平台的最大固有频率和最大应力的理论值与仿真值的相对误差小于5%,平台工作刚度的理论值与仿真值、实测值的相对误差分别为3.86%和5.75%。仿真和实验结果表明:利用本文推导的理论公式进行柔性支撑平台刚度优化设计,既可以满足工程设计要求,又能省去繁杂的有限元计算。 展开更多

关键词 快速控制反射镜 椭圆弧柔性铰链 柔性支撑平台 刚度优化 固有频率

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