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Pseudo-rigid-body Model for Corrugated Cantilever Beam Used in Compliant Mechanisms 被引量:12
1
作者 WANG Nianfeng LIANG Xiaohe ZHANG Xianmin 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第1期122-129,共8页
Common compliant joints generally have limited range of motion, reduced fatigue life and high stress concentration. To overcome these shortcomings, periodically corrugated cantilever beam is applied to design complian... Common compliant joints generally have limited range of motion, reduced fatigue life and high stress concentration. To overcome these shortcomings, periodically corrugated cantilever beam is applied to design compliant joints. Basic corrugated beam unit is modeled by using pseudo-rigid-body method. The trajectory and deformation behavior of periodically corrugated cantilever beam are estimated by the transformation of coordinate and superposition of the deformation of corrugated beam units. Finite element analysis(FEA) is carried out on corrugated cantilever beam to estimate the accuracy of the pseudo-rigid-body model. Results show that the kinetostatic behaviors obtained by this method, which has a relative error less than 6%, has good applicability and corrugated cantilever beam has the characteristics of a large range of motion and high mechanical strength. The corrugated cantilever beam is then applied to design a flexible rotational joint to obtain a larger angle output. The paper proposes a pseudo-rigid-body model for corrugated cantilever beam and designed a flexible rotational joint with large angle output. 展开更多
关键词 corrugated beam pseudo rigid body method compliant mechanisms
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具有零刚度特性的微动平台优化设计 被引量:7
2
作者 胡俊峰 陈星星 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1430-1440,共11页
针对传统常力机构存在的运动副间隙、装配误差和摩擦磨损等问题,设计了一种基于柔顺机构的常力微动平台。平台利用直梁正刚度和双稳态梁屈曲行为产生负刚度来实现其零刚度特性。平台由对称的直梁、双稳态梁和刚性连接块组成,直梁和双稳... 针对传统常力机构存在的运动副间隙、装配误差和摩擦磨损等问题,设计了一种基于柔顺机构的常力微动平台。平台利用直梁正刚度和双稳态梁屈曲行为产生负刚度来实现其零刚度特性。平台由对称的直梁、双稳态梁和刚性连接块组成,直梁和双稳态梁通过连接块并联连接。采用伪刚体法和椭圆积分法相结合的建模方法,建立反映常力平台力学性能的理论模型。通过与有限元分析结果进行比较,分析结果显示所建立的模型能准确反映常力平台的力学性能。基于所建立的力学模型,提出一种提高平台常力运动范围和承载能力的优化设计方法。制作样机对该平台力学性能进行实验测试,实验结果表明,平台能在输出位移范围为[0.6~1.7]mm内能够保持约48N常力,证明了常力平台设计思路的可行性、所建模型的准确性和优化方法的有效性。 展开更多
关键词 柔顺机构 常力机构 伪刚体法 零刚度 椭圆积分法
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尺蠖式直线微驱动器的设计 被引量:6
3
作者 胡俊峰 杨展宏 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期122-131,共10页
针对普通尺蠖式直线微驱动器运动速度低和输出力小等问题,基于柔顺机构设计了一种新型尺蠖式直线微驱动器。微驱动器由箝位机构、驱动机构和输出轴组成,其运动特点是驱动机构驱动箝位机构进行往复直线运动,箝位机构带动输出轴作直线运... 针对普通尺蠖式直线微驱动器运动速度低和输出力小等问题,基于柔顺机构设计了一种新型尺蠖式直线微驱动器。微驱动器由箝位机构、驱动机构和输出轴组成,其运动特点是驱动机构驱动箝位机构进行往复直线运动,箝位机构带动输出轴作直线运动。箝位机构和驱动机构均采用柔性杠杆结构,保证了微驱动器所需的箝位力与驱动力,并提高了其运动速度。采用伪刚体方法建立了驱动电压与箝位力、驱动机构输入位移与输出位移之间的关系,根据功能原理建立了输入力与驱动力之间的关系并制作了样机,搭建了实验测试系统进行性能测试,测试结果表明,驱动器最大箝位力为216.43N,最大驱动力为13.5N,在驱动电压120V,频率95Hz时,达到最大速度48.91mm/s。 展开更多
关键词 尺蠖驱动器 柔顺机构 杠杆机构 伪刚体方法
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基于柔顺机构的压电式微喷点胶系统设计与性能分析 被引量:4
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作者 胡俊峰 梁龙 赵永祥 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期1990-2001,共12页
基于柔顺机构设计了一种新型压电式微喷点胶系统,该系统由供胶装置、驱动装置和撞针阀组成。点胶系统的运动特征是利用柔顺机构的弹性变形驱动撞针往复直线运动实现撞针阀的开启和闭合,完成微喷点胶功能。采用伪刚体方法得到点胶系统的... 基于柔顺机构设计了一种新型压电式微喷点胶系统,该系统由供胶装置、驱动装置和撞针阀组成。点胶系统的运动特征是利用柔顺机构的弹性变形驱动撞针往复直线运动实现撞针阀的开启和闭合,完成微喷点胶功能。采用伪刚体方法得到点胶系统的驱动力、输出位移和频率特性,结果表明,系统的最大驱动力、输出位移和频率分别为56.4 N,808μm,245 Hz,说明所设计的点胶系统能满足所需的驱动力、行程和点胶速度。制作样机,通过实验分析驱动电压信号的占空比、幅值、频率和胶液黏度对胶滴直径的影响,得到了正常胶滴形成需满足的条件。实验结果表明:系统的最高点胶频率为210 Hz,最小胶滴直径为630μm,胶滴一致性误差为5.62%,说明所设计的点胶系统具有较好的性能,为微喷点胶系统设计和应用提供新的思路。 展开更多
关键词 微喷点胶系统 柔顺机构 压电驱动器 伪刚体方法
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一种新型2自由度微操作平台设计与试验 被引量:1
5
作者 胡俊峰 赵永祥 潘颖颖 《机械设计》 CSCD 北大核心 2019年第2期108-114,共7页
为了满足微操作平台结构紧凑、大运动行程、高固有频率、运动解耦和高运动精度的要求,设计了一种以杠杆柔性机构进行位移放大,以双复合平行四杆柔性机构为导向机构的新型二维微操作平台。采用伪刚体法和虚功原理建立了反映平台静刚度、... 为了满足微操作平台结构紧凑、大运动行程、高固有频率、运动解耦和高运动精度的要求,设计了一种以杠杆柔性机构进行位移放大,以双复合平行四杆柔性机构为导向机构的新型二维微操作平台。采用伪刚体法和虚功原理建立了反映平台静刚度、位移放大率和固有频率的力学模型。制作样机并搭建了试验测试系统对平台性能进行测试,试验结果表明,平台位移放大率可达4.5倍,刚度为5.79 N/μm,固有频率为580 Hz,反映平台沿x和y方向的耦合度的指标分别为1.3‰和1.2‰,沿x和y轴方向的重复定位精度分别为0.68μm和0.72μm。所以,所设计的平台实现了设计目标。 展开更多
关键词 微操作平台 柔顺机构 柔性铰链 杠杆结构 伪刚体法
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三自由度平面全柔顺并联机构运动学分析 被引量:1
6
作者 高莉丽 廖志超 《机床与液压》 北大核心 2019年第9期94-98,共5页
针对传统方法求解全柔顺并联机构Jacobian矩阵存在奇异性的缺陷,基于三自由度平面全柔顺并联机构的伪刚体模型,提出一种微位移法来求解机构的Jacobian矩阵。先建立机构的伪刚体模型,并采用传统方法和微位移法得到机构的输入输出Jacobia... 针对传统方法求解全柔顺并联机构Jacobian矩阵存在奇异性的缺陷,基于三自由度平面全柔顺并联机构的伪刚体模型,提出一种微位移法来求解机构的Jacobian矩阵。先建立机构的伪刚体模型,并采用传统方法和微位移法得到机构的输入输出Jacobian矩阵;通过HyperMesh软件仿真和实验测试分别得到机构动平台中心点位移的仿真值和实验值。最后,将两种方法得到的理论值分别与仿真值、实验值进行对比。对比结果表明:与传统法相比,微位移法的计算精度较高,误差较小,且验证了Jacobian矩阵的有效性,为全柔顺并联机构的运动特性分析提供了参考。 展开更多
关键词 全柔顺并联机构 伪刚体模型 微位移法 HyperMesh仿真 实验测试
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部分柔顺翅翼机构及其动力学分析
7
作者 李金龙 谢进 陈永 《机械传动》 CSCD 北大核心 2012年第5期1-5,共5页
提出将包含"固定-铰接"的柔顺片段的部分柔顺机构作为微扑翼飞行器的翅翼机构。在简要介绍刚性、含弹簧和部分柔顺三种翅翼机构的结构和特点之后,利用伪刚体法对部分柔顺翅翼机构进行了动态静力分析,并将结果与相同条件下刚... 提出将包含"固定-铰接"的柔顺片段的部分柔顺机构作为微扑翼飞行器的翅翼机构。在简要介绍刚性、含弹簧和部分柔顺三种翅翼机构的结构和特点之后,利用伪刚体法对部分柔顺翅翼机构进行了动态静力分析,并将结果与相同条件下刚性及含弹簧的翅翼机构进行了比较。研究表明部分柔顺和含弹簧的翅翼机构都能明显地减小刚性翅翼机构的运动副反力和平衡力矩的峰值,而在一周期内部分柔顺翅翼机构运动副反力和平衡力矩的平均值比含弹簧翅翼机构的平均值的要小。通过验证,这些结论在不同的曲柄转速下是相同的。 展开更多
关键词 柔顺机构 伪刚体 动态静力学法 翅翼机构
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S形折叠式柔性铰链结构设计 被引量:6
8
作者 闫凯 张静 寇子明 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第14期1696-1700,共5页
为了减小柔性铰链的转动刚度,依据串并联关系,设计了S形折叠式柔性铰链。使用伪刚体法和能量法,建立了S形柔性铰链的刚度模型。利用ANSYS建立了该柔性铰链的有限元模型,对铰链进行了刚度和应力分析,并将其与理论值进行了比较,得到刚度... 为了减小柔性铰链的转动刚度,依据串并联关系,设计了S形折叠式柔性铰链。使用伪刚体法和能量法,建立了S形柔性铰链的刚度模型。利用ANSYS建立了该柔性铰链的有限元模型,对铰链进行了刚度和应力分析,并将其与理论值进行了比较,得到刚度误差约为3%,验证了刚度模型的准确性。当转角达到最大值±35°时,安全系数为4,符合设计要求。 展开更多
关键词 柔性铰链 伪刚体法 能量法 等效刚度 有限元分析
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桥式直接耦合柔性机构的优化设计方法 被引量:6
9
作者 张兆成 苏继军 胡泓 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2010年第1期119-124,共6页
研究设计了用于压电尺蠖驱动器中间驱动机构的桥式直接耦合柔性机构,建立了该柔性机构的简化模型.利用卡氏定理推导了刚度方程,将柔性机构简化为单自由度弹簧质点系统,得到固有频率.通过实验测试了该柔性机构的刚度和固有频率,并分别与... 研究设计了用于压电尺蠖驱动器中间驱动机构的桥式直接耦合柔性机构,建立了该柔性机构的简化模型.利用卡氏定理推导了刚度方程,将柔性机构简化为单自由度弹簧质点系统,得到固有频率.通过实验测试了该柔性机构的刚度和固有频率,并分别与有限元法和解析法的结果进行对比分析.结果表明:刚度和固有频率的解析解误差分别为5.5%和14.1%,有限元解的误差分别为7.7%和10.1%,验证了解析解和有限元解的正确性.为了方便初始设计阶段的参数优化设计,利用有限元方法研究了该柔性机构各几何参数对机构静动态特性的影响.给出了一种简单有效的优化设计方法,通过改变该柔性机构的几何参数对其静动态特性进行优化. 展开更多
关键词 桥式 柔性机构 卡氏定理 伪刚体模型 有限元方法
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柔性电热镍微夹钳结构设计及加工测试研究 被引量:2
10
作者 褚金奎 郝秀春 +1 位作者 关乐 王立鼎 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期363-367,共5页
把柔性机构的设计方法——伪刚体法应用于柔性微夹钳的设计中,得到一种新结构形式的电热微夹钳,用UV—LIGA方法进行加工制作,并进行动态性能测试.从对称的平面十杆刚性机构得到其伪刚体模型,对伪刚体模型进行优化并柔性化得到放大2... 把柔性机构的设计方法——伪刚体法应用于柔性微夹钳的设计中,得到一种新结构形式的电热微夹钳,用UV—LIGA方法进行加工制作,并进行动态性能测试.从对称的平面十杆刚性机构得到其伪刚体模型,对伪刚体模型进行优化并柔性化得到放大20倍的柔性微夹钳钳体,通过仿真验证了设计的正确性和可靠性.V形电热驱动器与柔性钳体集成到一起,形成柔性电热微夹钳.用SU-8胶做电铸铸模,钛和二氧化硅做牺牲层,铜做种子层,在氨基磺酸镍电铸液中进行电铸,加工出最小特征尺寸10μm,厚度30μm的电热镍微夹钳.最后对制作的微夹钳在0~1.5V直流电压下进行动态测试,夹持端位移最大可达24μm. 展开更多
关键词 柔性机构 伪刚体法 微夹钳 UV—LIGA
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伪刚体-柔体耦合的新式免充气轮胎刚度分析 被引量:5
11
作者 张陈曦 赵又群 +2 位作者 冯世林 郑鑫 徐瀚 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1051-1060,1072,共11页
针对一种新式伪刚性免充气轮胎的结构特点,建立了一种分析其径向刚度特性的伪刚体柔体耦合模型。将伪刚体理论得到的轮胎板簧位移方程和弹性力学得到的輮轮形变方程进行耦合,解得轮胎的下沉量与变形情况。结果表明:伪刚性免充气轮胎的... 针对一种新式伪刚性免充气轮胎的结构特点,建立了一种分析其径向刚度特性的伪刚体柔体耦合模型。将伪刚体理论得到的轮胎板簧位移方程和弹性力学得到的輮轮形变方程进行耦合,解得轮胎的下沉量与变形情况。结果表明:伪刚性免充气轮胎的下沉量与载荷成正比,其径向刚度比一般普通充气/非充气轮胎大,低车速时平顺性好,高车速时平顺性稍有欠缺。为验证所提模型,比较了同种边界条件下的有限元解,两者的结果很接近,且伪刚体-柔体耦合模型计算时间较短。利用所提模型对伪刚性免充气轮胎的径向刚度进行优化,得到了所需的设计尺寸参数。 展开更多
关键词 免充气轮胎 径向刚度 伪刚体建模 弹性力学 半逆解法 刚柔耦合
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六杆柔顺机构的伪刚体模型 被引量:5
12
作者 邱丽芳 霍明磊 李威 《北京科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期682-686,共5页
设计了一种六杆柔顺机构,建立了该机构的伪刚体模型,伪刚体模型显示该机构由两个柔顺滑块机构串联而成.根据伪刚体模型对该六杆柔顺机构进行了变形分析,推导出六杆柔顺机构伪刚体模型的力-位移关系的一般理论计算公式,进而得到该机构实... 设计了一种六杆柔顺机构,建立了该机构的伪刚体模型,伪刚体模型显示该机构由两个柔顺滑块机构串联而成.根据伪刚体模型对该六杆柔顺机构进行了变形分析,推导出六杆柔顺机构伪刚体模型的力-位移关系的一般理论计算公式,进而得到该机构实例的分析结果.用ANSYS软件对该设计实例进行了力-位移关系的有限元仿真分析,同时加工制造出该设计实例的实物模型并进行了实验测量.对理论计算结果、仿真分析结果和实际测量结果进行了比较,三种方法所得结果基本一致,表明了理论公式的推导与分析是正确的,仿真建模分析也是正确的,并且该实例的设计是可行的,达到了设计目的. 展开更多
关键词 柔顺机构 伪刚体模型 变形 测试 有限元法
原文传递
大行程串联柔性机构分析与设计 被引量:3
13
作者 闪明才 王伟明 +2 位作者 马树元 刘霜 谢虎 《纳米技术与精密工程》 EI CAS CSCD 2012年第3期268-272,共5页
为提高柔性支承精密定位系统的行程,以传统直圆型柔性铰链为基本单元,提出一种新型大行程串联柔性机构.刚度与最大应力是影响大行程柔性机构性能的两个重要参数.采用伪刚体模型法,结合材料力学相关理论,建立了该柔性机构刚度和最大应力... 为提高柔性支承精密定位系统的行程,以传统直圆型柔性铰链为基本单元,提出一种新型大行程串联柔性机构.刚度与最大应力是影响大行程柔性机构性能的两个重要参数.采用伪刚体模型法,结合材料力学相关理论,建立了该柔性机构刚度和最大应力的理论模型.理论计算结果与非线性有限元分析结果相符,证明理论模型的正确性.在此基础之上,分析了大行程串联柔性机构的设计方法,验证了设计实例在大行程内的可靠性.脉冲响应测试实验结果表明由大行程串联柔性机构支承的精密定位系统定位误差不大于60 nm. 展开更多
关键词 串联柔性机构 伪刚体模型 刚度 最大应力 有限元法
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一种双层回转柔性铰链的设计
14
作者 张展宁 张静 寇子明 《机械传动》 北大核心 2019年第7期79-83,共5页
为了提高回转柔性铰链的平移刚度和回转角度,将直梁与曲面弧形板相结合,形成柔性铰链的变形体,进行了双层回转柔性铰链的设计。基于固定-导向梁的伪刚体模型和串并联弹簧的刚度等效方法,建立了铰链的回转刚度模型。同时,基于伪刚体法建... 为了提高回转柔性铰链的平移刚度和回转角度,将直梁与曲面弧形板相结合,形成柔性铰链的变形体,进行了双层回转柔性铰链的设计。基于固定-导向梁的伪刚体模型和串并联弹簧的刚度等效方法,建立了铰链的回转刚度模型。同时,基于伪刚体法建立了柔性铰链的径向平移刚度模型;利用ANSYS软件建立了有限元仿真模型,与理论模型进行了比较,误差约为7%和3%,证明了刚度模型的正确性。通过回转刚度和平移刚度分析,得到所设计的柔性铰链静力学性能,其径向刚度为2N/mm,可回转角度为30°。 展开更多
关键词 柔性铰链 伪刚体法 刚度模型 有限元 双层结构
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角接触球轴承中心位移与轴承反力关系研究
15
作者 何德艺 孙保苍 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2018年第10期1501-1505,共5页
采用2个自由度"准刚体模型",在轴承中心轴向位移和径向位移已知的条件下,用力法求解出滚动体与轴承内外圈之间的接触力,进而求出轴承的径向反力、轴向反力与反力矩。讨论了滚动体离心力、陀螺力矩以及滚动体位置对滚动轴承中... 采用2个自由度"准刚体模型",在轴承中心轴向位移和径向位移已知的条件下,用力法求解出滚动体与轴承内外圈之间的接触力,进而求出轴承的径向反力、轴向反力与反力矩。讨论了滚动体离心力、陀螺力矩以及滚动体位置对滚动轴承中心位移与轴承反力关系的影响。计算结果表明:轴承中心轴向位移、径向位移增加导致轴承径向、轴向反力显著增加,轴承可视为非线性硬弹簧;滚动体离心力和陀螺力矩作用,使得轴承的径向反力和轴向反力减小,内外圈接触角变化;滚动体位置变化使得轴承径向反力与轴承反力距的变化幅度最大可达1.92%。 展开更多
关键词 离心力 陀螺力矩 准刚体模型 力法 超静定问题
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