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基于田口方法与交叉效率的柔性铰链多目标稳健优化设计
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作者 伍建军 蔡伟 万福兴 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第6期263-267,共5页
柔度和疲劳寿命是柔性铰链的两个重要性能指标。针对倒圆角直梁型柔性铰链的两个性能指标相互矛盾,工作时受到变载荷、加工误差等复杂因素的影响,性能容易产生波动,难以同时使两个性能达到最为稳定的问题,提出一种基于田口方法和数据包... 柔度和疲劳寿命是柔性铰链的两个重要性能指标。针对倒圆角直梁型柔性铰链的两个性能指标相互矛盾,工作时受到变载荷、加工误差等复杂因素的影响,性能容易产生波动,难以同时使两个性能达到最为稳定的问题,提出一种基于田口方法和数据包络分析中的对抗型交叉效率模型的多目标稳健设计方法。该方法以田口方法为基础,通过交叉效率来反映设计变量与两个性能之间的未知关系,并根据平均交叉效率大小排列所得到的序数值来寻找最优的设计变量参数组合。结果表明,该方法与其它方法相比得到的结果更为稳健,有效的降低了性能的波动,与优化前相比柔度和疲劳寿命分别提高了8.84%、31.34%,验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 柔性铰链 柔度 疲劳寿命 田口方法 交叉效率
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嵌套余弦函数型多轴柔性铰链的设计与分析
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作者 徐美娟 汪启亮 +3 位作者 洪永烽 龙益平 刘通 郭彬 《工程设计学报》 北大核心 2025年第2期252-261,共10页
现有柔性铰链的缺口形状主要局限于圆锥曲线及其组合,且在应对复杂载荷和大角度运动时容易因应力过大而失效。为此,设计了一种新型的嵌套余弦函数型多轴柔性铰链。首先,基于有限梁柔度矩阵建模(finite beam compliance matrix modeling,... 现有柔性铰链的缺口形状主要局限于圆锥曲线及其组合,且在应对复杂载荷和大角度运动时容易因应力过大而失效。为此,设计了一种新型的嵌套余弦函数型多轴柔性铰链。首先,基于有限梁柔度矩阵建模(finite beam compliance matrix modeling,FBMM)法构建了新型柔性铰链的柔度和精度模型,并与ANSYS Workbench软件的有限元仿真结果对比,发现柔度和精度的相对误差分别小于4.89%和4.97%,验证了理论模型的有效性。然后,讨论了结构参数对新型柔性铰链柔度、精度和柔度精度比的影响,并与椭圆型、圆弧型、正弦型多轴柔性铰链进行了比较。结果表明,所设计的柔性铰链具有柔度大、应力低的特点。最后,通过搭建柔性铰链实验平台来测试其变形情况,实测结果与理论结果的相对误差小于8%,进一步验证了柔度模型的有效性。嵌套余弦函数型多轴柔性铰链可为大行程柔顺精密定位平台的设计提供参考。 展开更多
关键词 多轴柔性铰链 有限梁柔度矩阵建模 柔度 应力 有限元仿真
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基于柔性铰链结构的大口径压电快摆镜 被引量:1
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作者 王强 时运来 +2 位作者 孙海超 李兴 刘伟 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第1期73-78,共6页
为了解决压电作动器驱动的快速反射镜因压电作动器伸长量较小,导致快速反射镜偏转角过小的问题,该文提出了一款新型快速反射镜设计方案。采用三级杠杆式柔性铰链放大机构实现压电作动器位移的放大,采用柔性轴承作为快摆镜的运动关节实... 为了解决压电作动器驱动的快速反射镜因压电作动器伸长量较小,导致快速反射镜偏转角过小的问题,该文提出了一款新型快速反射镜设计方案。采用三级杠杆式柔性铰链放大机构实现压电作动器位移的放大,采用柔性轴承作为快摆镜的运动关节实现快摆镜的大角度定轴偏转。通过理论推导和有限元仿真对快摆镜的最大偏转角度、等效应力、谐振频率以及振型进行分析。实验结果表明,所设计的快摆镜可以实现大于2 mrad的镜面偏转,满足大范围、高精度的光束定位要求。 展开更多
关键词 柔性铰链 逆压电效应 压电作动器 大口径压电快摆镜 位移放大机构
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基于柔性铰链微动平台的自抗扰控制方法 被引量:1
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作者 彭皓 杨志军 +1 位作者 蔡炳彧 白有盾 《机床与液压》 北大核心 2024年第8期24-28,共5页
微动平台一般以柔性铰链为导向机构,由于系统固有频率低,会严重限制传统PID算法的控制带宽,影响定位精度。因此,设计自抗扰控制算法(ADRC)将系统未建模动态与外部未知扰动共同视作“总扰动”,通过扩张状态观测器(ESO)进行估计和补偿,提... 微动平台一般以柔性铰链为导向机构,由于系统固有频率低,会严重限制传统PID算法的控制带宽,影响定位精度。因此,设计自抗扰控制算法(ADRC)将系统未建模动态与外部未知扰动共同视作“总扰动”,通过扩张状态观测器(ESO)进行估计和补偿,提高系统的控制带宽。为了充分利用已知的模型信息,设计基于模型的ADRC算法,将柔性铰链标称模型输入到ESO中,进一步提升系统的控制性能。最后,通过10μm行程的点位运动实验进行验证。结果表明:因为控制带宽无法过大而导致PID难以响应,ADRC提高了控制系统带宽,实现了精密定位;模型ADRC进一步提升了响应速度与定位精度。相比ADRC,模型ADRC整定时间缩短了68.1%,最大跟踪误差降低了53.8%,定位精度提升了60.7%。 展开更多
关键词 柔性铰链 微动平台 自抗扰控制 扩张状态观测器
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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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椭圆横断截面新型双轴柔性铰链设计及分析
6
作者 魏华贤 赵永杰 +2 位作者 杨楠 王奉涛 牛小东 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1348-1357,共10页
现有同位正交复合缺口双轴柔铰存在矩形横断截面锐边结构,增大了应力集中效应,且无法通过优化纵向缺口轮廓来消除。为此,提出一类椭圆横断截面新型双轴柔铰。首先以圆弧缺口为对象,构建该类柔铰的参数化结构模型;然后基于卡氏第二定理... 现有同位正交复合缺口双轴柔铰存在矩形横断截面锐边结构,增大了应力集中效应,且无法通过优化纵向缺口轮廓来消除。为此,提出一类椭圆横断截面新型双轴柔铰。首先以圆弧缺口为对象,构建该类柔铰的参数化结构模型;然后基于卡氏第二定理建立其柔度及最大应力理论模型,通过有限元分析验证模型的有效性,基于此,实现了柔度及应力集中特性分析;最后通过实验测试验证了柔铰的柔度性能。结果表明,椭圆横断截面型双轴柔铰具备两向各异柔度,可从本质上避免锋利锐边结构,降低应力集中效应,与具有相同缺口结构的矩形横断截面型双轴柔铰相比,工作能力可提高47.9%,该类柔铰结构拓展了现有缺口型柔铰的基本类型。 展开更多
关键词 柔性铰链 柔性机构 椭圆横断截面 双轴柔性铰链
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二阶贝塞尔曲线型柔性铰链疲劳特性研究
7
作者 汪启亮 夏世甜 +1 位作者 魏健鸣 龙益平 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2024年第11期1937-1944,共8页
柔性铰链广泛应用于精密工程、MEMS、智能传感器等领域,在实际工作中因受到循环载荷作用而易发生疲劳失效问题。对二阶贝塞尔曲线型柔性铰链疲劳特性展开研究,首先通过有限元仿真和数据拟合得到铰链应力集中系数公式,基于名义应力法建... 柔性铰链广泛应用于精密工程、MEMS、智能传感器等领域,在实际工作中因受到循环载荷作用而易发生疲劳失效问题。对二阶贝塞尔曲线型柔性铰链疲劳特性展开研究,首先通过有限元仿真和数据拟合得到铰链应力集中系数公式,基于名义应力法建立柔性铰链疲劳寿命预测模型。设计柔性铰链疲劳实验装置进行实验研究,得到铰链在不同应力下的刚度退化曲线及疲劳寿命,进而建立基于试验数据的S-N曲线模型,此外采用单侧下界公差极限法设计出考虑可靠性的下界S-N曲线模型。通过对比分析,柔性铰链对数疲劳寿命模型预测结果与试验结果最大误差为15.8%,表明了预测模型的有效性和实用性。 展开更多
关键词 柔性铰链 应力集中系数 疲劳试验 疲劳寿命
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复合型柔性铰链机构特性及其应用研究 被引量:16
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作者 王姝歆 陈国平 +1 位作者 周建华 颜景平 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第z1期91-97,共7页
复合型柔性铰链是目前在精密机械中广泛应用的一种新型铰链形式,可作为全柔性和部分柔性机构,应用于存储释放能量以及高频振动等场合。本文概括了复合型柔性铰链的特点,对直梁型、圆弧型和复合型柔性铰链作了分析比较,并采用自由度计算... 复合型柔性铰链是目前在精密机械中广泛应用的一种新型铰链形式,可作为全柔性和部分柔性机构,应用于存储释放能量以及高频振动等场合。本文概括了复合型柔性铰链的特点,对直梁型、圆弧型和复合型柔性铰链作了分析比较,并采用自由度计算公式,对刚性机构、基于复合型柔性铰链的部分柔性机构和全柔性机构进行了自由度分析,以探讨它们的机构能力和可控性。最后介绍了复合型柔性铰链在微机器人的应用,包括仿生扑翼机构的研制和实验。 展开更多
关键词 新型柔性铰链 复合型柔性铰链机构 自由度 微机器人
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采用柔性铰链的快速反射镜设计 被引量:44
9
作者 周子云 高云国 +1 位作者 邵帅 薛向尧 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1547-1554,共8页
根据激光发射系统对快速反射镜发射方向精度的需求,提出了一种新型快速反射镜设计方案。该方案以柔性铰链为运动传递元件,采用直线音圈电机驱动,并用高精度光栅测微仪实现位置闭环控制。首先,介绍了反射镜工作原理及驱动方式,选择了系... 根据激光发射系统对快速反射镜发射方向精度的需求,提出了一种新型快速反射镜设计方案。该方案以柔性铰链为运动传递元件,采用直线音圈电机驱动,并用高精度光栅测微仪实现位置闭环控制。首先,介绍了反射镜工作原理及驱动方式,选择了系统的驱动元件和测角元件,并对柔性铰链结构进行设计。在研究其刚度特性的基础上,采用序列二次规划法优化了铰链关键尺寸。然后,建立了驱动组件的简化模型,并利用理论公式和有限元分析软件分别计算驱动组件的转角精度。最后,使用测角元件及自准直平行光管测量了快速反射镜的转角精度。实验结果表明:所设计的快速反射镜装置工作稳定、结构可靠,对发射光束的控制精度能达到0.95″,满足激光发射系统实时控制光束发射方向的精度要求。 展开更多
关键词 快速反射镜 音圈电机 柔性铰链 传动精度
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柔性铰链微定位平台的设计 被引量:60
10
作者 马立 谢炜 +1 位作者 刘波 孙立宁 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期338-345,共8页
设计了一种以平行板铰链机构进行导向,以桥式机构进行位移放大的新型压电陶瓷驱动微定位平台。应用弹性力学和材料力学理论建立该平台的桥式放大机构和平行板铰链机构的理论模型,分析了平台的驱动力、输出位移、刚度和固有频率,并运用Ma... 设计了一种以平行板铰链机构进行导向,以桥式机构进行位移放大的新型压电陶瓷驱动微定位平台。应用弹性力学和材料力学理论建立该平台的桥式放大机构和平行板铰链机构的理论模型,分析了平台的驱动力、输出位移、刚度和固有频率,并运用Matlab软件优化了桥式机构铰链长度、厚度,平行板铰链长度及厚度等几何参数,获得了微定位平台的最优值。对优化后的结果进行了有限元仿真,并搭建了测试系统对平台性能进行了测试。测试结果显示,理论分析与实验结果的最大误差为9.8%,有限元分析与实验结果的最大误差为4.2%,得到的结果验证了理论分析和有限元分析的正确性,实现了平台体积小,放大倍数高,位移输出大的设计目标。 展开更多
关键词 微定位平台 桥式机构 平行板机构 柔性铰链 有限元分析 优化设计
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双轴柔性铰链柔度的设计计算 被引量:7
11
作者 朱仁胜 沈健 +1 位作者 谢祖强 陈长琦 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2009年第9期1370-1373,共4页
文章利用能量法推导了双轴柔性铰链柔度的系列设计计算公式,在此基础上得到了常用的直圆双轴柔性铰链柔度的设计计算公式。针对多个不同尺寸的双轴柔性铰链,采用推出的计算公式、J.M.Paros公式进行计算,2种计算方法的结果吻合很好,由此... 文章利用能量法推导了双轴柔性铰链柔度的系列设计计算公式,在此基础上得到了常用的直圆双轴柔性铰链柔度的设计计算公式。针对多个不同尺寸的双轴柔性铰链,采用推出的计算公式、J.M.Paros公式进行计算,2种计算方法的结果吻合很好,由此说明了推出的计算公式的正确性和简洁性。 展开更多
关键词 双轴柔性铰链 直圆双轴柔性铰链 柔性铰链柔度
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单轴柔性铰链柔度系数试验装置的设计 被引量:13
12
作者 李海星 丁亚林 +2 位作者 惠守文 田海英 许永森 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1552-1559,共8页
为了在空间光学遥感器大尺寸反射镜柔性支撑结构的试验研究过程中获得柔度特性试验数据,设计了一种结构紧蹙的单轴柔性铰链试验装置,采用该装置在材料拉伸试验机上同时实现了端部弯曲和纯弯曲试验功能。该装置利用杠杆原理实现纯弯曲加... 为了在空间光学遥感器大尺寸反射镜柔性支撑结构的试验研究过程中获得柔度特性试验数据,设计了一种结构紧蹙的单轴柔性铰链试验装置,采用该装置在材料拉伸试验机上同时实现了端部弯曲和纯弯曲试验功能。该装置利用杠杆原理实现纯弯曲加载,并采用由刚性辊子组成的约束通道对纯弯曲组件进行约束,从而降低了摩擦对载荷传递的影响。试验过程的模拟分析表明,"L"型下推杆引起的横向偏载是影响纯弯曲试验的主要因素,最大横向偏载可控制在4.783 N。试验结果和有限元分析结果及理论计算值取得了很好的一致性。与有限元分析结果相比,试验结果和理论计算值都稍偏小,试验值最大偏差为3.87%。该装置为光学反射镜柔性支撑的试验研究提供了有效的解决方案。 展开更多
关键词 柔性铰链 柔度系数 试验装置 载荷传递 纯弯曲
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具有柔性铰链的差式微位移放大机构 被引量:20
13
作者 吴博达 李军 +2 位作者 杨志刚 张春宏 程光明 《压电与声光》 CSCD 北大核心 1999年第2期96-99,103,共5页
阐述了差式微位移放大机构的基本设计原理,分析了机构中位移损失的原因。研制的放大机构具有较好的放大效果,而且机构的位移输出线性特性也较好。采用片状柔性铰链成功地解决了由于机构中的位移干涉造成的机构内部反力太大的问题。
关键词 压电驱动器 柔性铰链 微位移 差式 放大机构
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Cartwheel型双轴柔性铰链设计 被引量:16
14
作者 李宗轩 张雷 +3 位作者 姚劲松 解鹏 金光 孔林 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期2317-2325,共9页
针对精密光学仪器对光学元件柔性支撑的需求,提出了由带圆角的短直梁复合组成的Cartwheel型双轴柔性铰链,并利用无量纲设计图研究了设计方法。首先,基于对Cartwheel双轴柔性铰链的参数化有限元分析进行多项式拟合,建立了其刚度、应力等... 针对精密光学仪器对光学元件柔性支撑的需求,提出了由带圆角的短直梁复合组成的Cartwheel型双轴柔性铰链,并利用无量纲设计图研究了设计方法。首先,基于对Cartwheel双轴柔性铰链的参数化有限元分析进行多项式拟合,建立了其刚度、应力等力学指标的无量纲设计图。针对光学仪器的工程需要,利用该无量纲设计图进行了实例设计,并利用有限元分析对其进行了实验验证。搭建了光学测试平台,对设计实例的转动刚度进行了测量。结果显示:有限元分析结果、实验测量数据与设计结果符合得较好,最大相对误差为10.1%。使用无量纲设计图方法作为设计工具,设计者可根据对带圆角短直梁复合组成的Cartwheel型双轴柔性铰链的刚度、转角行程、最大应力与结构重量等要求,确定其几何尺寸,从而方便、快速、准确地满足设计要求。 展开更多
关键词 Cartwheel 双轴柔性铰链 有限元分析 无量纲设计图 转动刚度
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基于柔性铰链的微位移放大机构设计 被引量:41
15
作者 于志远 姚晓先 宋晓东 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期1818-1822,共5页
为了对柔性铰链进行优化设计,定义了一个新的参数并用它来讨论5种常见的柔性铰链—直梁型柔性铰链、圆角直梁型柔性铰链、椭圆型柔性铰链、抛物线型柔性铰链和双曲线型柔性铰链。首先建立了一个柔性铰链的有限元模型并用理论分析验证它... 为了对柔性铰链进行优化设计,定义了一个新的参数并用它来讨论5种常见的柔性铰链—直梁型柔性铰链、圆角直梁型柔性铰链、椭圆型柔性铰链、抛物线型柔性铰链和双曲线型柔性铰链。首先建立了一个柔性铰链的有限元模型并用理论分析验证它的正确性。由于刚度是影响柔性铰链性能的最重要的参数,定义了一个参数λ——柔性铰链凹口处长与宽的比值。然后通过有限元分析得出5种柔性铰链刚度比值ε的曲线,并且基于此比值设计了一个压电致动器的微位移放大机构。本文的设计方法以及刚度比ε有助于我们设计这一类型的微位移放大机构。 展开更多
关键词 柔性铰链 有限元 压电致动器
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同步辐射光束线中柔性铰链的研究 被引量:17
16
作者 傅翾 周仁魁 +2 位作者 周泗忠 夏绍建 郭治理 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2001年第1期67-70,共4页
详细推导了直圆柔性铰链所受力矩和角偏移量及受力和线性位移之间的对应关系等运动方程 ;对直圆柔性铰链材料的选取、直圆柔性铰链参数的设计进行了分析 ;介绍了在同步辐射单色器中以直圆柔性铰链为基础投角、滚角、摆角调节结构。
关键词 柔性铰链 单色器 同步辐射 角偏移 光束线
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柔性铰链及其在精密并联机器人中的应用 被引量:20
17
作者 杜志江 董为 孙立宁 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第9期1469-1473,1478,共6页
在总结了柔性铰链及柔性铰链并联结构的概念、类型、特点的基础上,分析了该领域国内外的最新动态及其关键技术,提出了一种新颖的大行程柔性铰链结构,并以此为被动关节,构建了大行程柔性铰链并联机器人,并给出了测试结果.该系统可在立方... 在总结了柔性铰链及柔性铰链并联结构的概念、类型、特点的基础上,分析了该领域国内外的最新动态及其关键技术,提出了一种新颖的大行程柔性铰链结构,并以此为被动关节,构建了大行程柔性铰链并联机器人,并给出了测试结果.该系统可在立方厘米级的工作空间内达到亚微米级的运动精度. 展开更多
关键词 柔性铰链 并联机器人 精密定位
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椭圆导角混合柔性铰链的设计计算与性能分析 被引量:11
18
作者 王传礼 李成 +1 位作者 何涛 陈国瑜 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1017-1026,共10页
为满足柔顺机构的大柔度要求,设计了一类新型椭圆导角混合柔性铰链。首先,以卡氏第二定理为基础推导了柔度和回转精度的计算公式,在参数的极限条件下,椭圆导角结构演化出其他三种铰链形式:直圆导角、椭圆直圆和直圆柔性铰链,使得多种柔... 为满足柔顺机构的大柔度要求,设计了一类新型椭圆导角混合柔性铰链。首先,以卡氏第二定理为基础推导了柔度和回转精度的计算公式,在参数的极限条件下,椭圆导角结构演化出其他三种铰链形式:直圆导角、椭圆直圆和直圆柔性铰链,使得多种柔性铰链的柔度和回转精度的计算公式合并在一组方程中,通过有限元分析验证了计算公式的正确性。其次,讨论了结构参数对柔度、回转精度和柔度精度比的影响趋势,分析结果表明,柔度与回转精度随参数的变化趋势具有相反性,且减小最小厚度是提高柔度的最佳方式。再次,比较了所提四种柔性铰链的性能,椭圆导角混合柔性铰链具有最大的柔度但回转精度较低,而直圆柔性铰链具有较高的回转精度且综合性能也较优越,但柔度最小。最后,对椭圆导角和直圆柔性铰链进行了应用研究,研究结果表明,椭圆导角混合柔性铰链在回转能力和应力水平方面具有显著优势。 展开更多
关键词 柔性铰链 椭圆导角 柔度 回转精度 有限元分析
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倒圆角直梁型柔性铰链刚度研究 被引量:9
19
作者 任宁 田国豪 +2 位作者 欧开良 王长路 周峰 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期366-370,共5页
为研究倒圆角直梁型柔性铰链的刚度性能,利用材料力学和微积分的相关知识推导出该型柔性铰链的弯曲刚度和拉伸或压缩刚度计算公式。采用变截面梁单元建立该型柔性铰链的有限元模型,在一端固定、另一端承受力矩或力的边界条件下,计算分... 为研究倒圆角直梁型柔性铰链的刚度性能,利用材料力学和微积分的相关知识推导出该型柔性铰链的弯曲刚度和拉伸或压缩刚度计算公式。采用变截面梁单元建立该型柔性铰链的有限元模型,在一端固定、另一端承受力矩或力的边界条件下,计算分析该型柔性铰链的刚度。将有限元解与所推导出的解析解进行比较,以验证所推导刚度公式的正确性。改变倒圆角直梁型柔性铰链的各结构参数,根据所推导出的刚度公式,利用Matlab软件编程计算出刚度值,并分析倒圆角直梁型柔性铰链的弯曲刚度与其各结构参数之间的关系。 展开更多
关键词 柔性铰链 倒圆角直梁型柔性铰链 刚度 有限元法
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圆弧柔性铰链的优化设计 被引量:16
20
作者 李耀 吴洪涛 +2 位作者 杨小龙 康升征 程世利 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1370-1379,共10页
柔性铰链是高精度柔性机构的关键部件,其运动精度与运动范围影响着柔性机构的性能,本文对圆弧柔性铰链进行了柔度矩阵推导,并依据柔度方程进行优化设计。采用结构矩阵法建立了圆弧柔性铰链的柔度方程,对矩形截面的翘曲抗扭刚度进行推导... 柔性铰链是高精度柔性机构的关键部件,其运动精度与运动范围影响着柔性机构的性能,本文对圆弧柔性铰链进行了柔度矩阵推导,并依据柔度方程进行优化设计。采用结构矩阵法建立了圆弧柔性铰链的柔度方程,对矩形截面的翘曲抗扭刚度进行推导,得到了约束扭转状态下的扭转柔度近似方程。为相对长度较小铰链的扭转刚度精确求解提供了依据。对比理论计算结果与有限元分析结果,结果显示扭转柔度的最大相对误差在10%左右,其余方向柔度相对误差低于6%,验证了柔度方程的准确性。采用正交试验直观分析法得到柔性铰链各设计参数对转动刚度的灵敏度,并利用多目标遗传算法对柔性铰链的转动柔度以及轴向刚度两个目标进行了参数优化。通过优化结果与设计经验选取参数的对比,发现优化后圆弧柔性铰链的弯曲柔度提升了5.12%,同时铰链的轴向刚度提升了4.72%,证明针对圆弧柔性铰链的优化设计具有明显效果。 展开更多
关键词 圆弧柔性铰链 约束扭转 正交试验 灵敏度 多目标优化
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