高軸向剛度三軸轉(zhuǎn)動柔性鉸的設(shè)計、模擬及應(yīng)用研究.pdf

1、常見的柔性鉸通常是在一塊剛性較好的金屬材料上用線切割的方法加工出矩形或圓弧形切口形成彈性支點(diǎn)，并通過它將繞軸作復(fù)雜運(yùn)動的有限角位移轉(zhuǎn)換成柔性支承系統(tǒng)的直線運(yùn)動。柔性鉸雖然只能提供有限度的轉(zhuǎn)動角度，但是具有無摩擦、無磨損、無滯后、不需潤滑、維護(hù)簡單等特點(diǎn)，同時還具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、無運(yùn)動間隙和分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械、精密測量、微米/納米技術(shù)等領(lǐng)域構(gòu)成高精度定位機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)。
　　在六維振動隔離平臺的研究過程中，結(jié)合振動

2、作為一種微運(yùn)動的特點(diǎn)，支腿與平臺間的連接機(jī)構(gòu)應(yīng)具有高的軸向剛度、低的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度，即三軸轉(zhuǎn)動能力；同時要求工作時安全穩(wěn)定，不易損壞。到目前為止，在六維振動隔離平臺支腿與平臺間的連接機(jī)構(gòu)大多采用單軸或雙軸柔性鉸、彈性體、甚至球鉸。傳統(tǒng)球鉸由于存在摩擦、間隙和潤滑問題，難以采用其實(shí)現(xiàn)高精度振動隔離，而單軸、雙軸柔性鉸和彈性體雖然可以彎曲和扭轉(zhuǎn)，但卻不能完全代替三軸柔性鉸的功能。六維振動隔離平臺中支腿與平臺間連接機(jī)構(gòu)的性能直接影響著六維振動

3、隔離平臺的最終性能。
　　因此本文將完成一種新型的高軸向剛度三軸轉(zhuǎn)動柔性鉸的設(shè)計，并對其進(jìn)行有限元仿真模擬、各向剛度計算、各向剛度理論研究以及結(jié)構(gòu)的改進(jìn)等工作。同時本文還將介紹基于高軸向剛度三軸轉(zhuǎn)動柔性鉸的六維振動隔離平臺結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)，采用主從分布式控制方式完成六維振動隔離平臺控制系統(tǒng)的初步搭建。
　　本文的主要研究工作和成果包括：
　　1、設(shè)計并改進(jìn)了一種新型高軸向剛度三軸轉(zhuǎn)動柔性鉸，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征稱這兩款新型的高軸向

4、剛度三軸轉(zhuǎn)動柔性鉸分別為空心圓柱圓弧切口柔性鉸和空心圓柱混合切口柔性鉸。提出了采用有限元技術(shù)對它們進(jìn)行彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和軸向剛度分析的原理及方法。在此基礎(chǔ)上分別對空心圓柱圓弧切口柔性鉸和空心圓柱混合切口柔性鉸的各向剛度進(jìn)行了有限元分析計算，建立了空心圓柱圓弧切口柔性鉸和空心圓柱混合切口柔性鉸的各向剛度隨柔性鉸的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的有限元模型和二次擬合方程。
　　2、研究了空心圓柱圓弧切口柔性鉸的各向剛度理論，總結(jié)了柔性鉸剛度理論研