考慮柔鉸非線性的柔性Sarrus恒力機構設計.pdf

1、柔性機構是一個利用自身部分或全部構件的彈性變形來實現(xiàn)機構運動的，相對傳統(tǒng)剛性機構，省去了連接鉸鏈，因此也就減少了實現(xiàn)某一特定運動的構件數(shù)目，省去了很多的裝配環(huán)節(jié)，使機構變得簡單、可靠；并且因為無縫連接，沒有了摩擦、省去了潤滑油的使用，使機構精度高，壽命長，工作環(huán)境干凈衛(wèi)生。因此柔性機構的研究和應用得到學術界和工業(yè)領域的廣泛關注。如今柔性機構在一些諸如MEMS中被大量用于替代傳統(tǒng)的剛性機構來實現(xiàn)特定的運動，然而因為自身彈性變形產生的能量存

2、儲對機構運行卻造成了一些麻煩，問題的產生沒有阻礙柔性機構的發(fā)展。人們利用柔性機構的能量存儲功能設計出了柔性雙穩(wěn)態(tài)，多穩(wěn)態(tài)等柔性穩(wěn)態(tài)機構。因此將柔性機構的運動學和能量存儲功能聯(lián)合起來利用應該是柔性機構的重點研究方向。本文基于對柔性機構中因為彈性變形的合理利用設計一種柔性恒力機構。
　　作為柔性機構的重要組成部分-柔性鉸鏈，自然也就成為學者們重點關注的對象，根據(jù)某些特定的需求人們先后設計出了直角型、拋物線型、橢圓型等類型的切口式柔性鉸

3、鏈，然而它們因自身的問題很難用于大變形的柔性機構中，本文通過分析比較選擇了一種承載力大并且可以實現(xiàn)大變形轉動的柔性鉸鏈-交叉型柔性鉸鏈，作為本文恒力機構設計的一個重要組成部分。然而實驗結果發(fā)現(xiàn)交叉型柔性鉸鏈在大變形狀態(tài)下會出現(xiàn)剛度的非線性問題，為了找到其內在的變化規(guī)律本文選擇了它的一個重要結構參數(shù)和形狀參數(shù)作為重點研究對象，并通過大量的實驗總結出了其變化規(guī)律，給出了一個描述交叉型柔性鉸鏈在變形狀態(tài)下扭轉剛度的通用經驗公式，并試驗驗證了其

4、準確性。
　　本文基于柔性機構研究的常用方法-偽剛體模型方法結合虛功原理，對一種空間六桿機構-Sarrus機構進行了分析，Sarrus機構可以實現(xiàn)空間內直線和旋轉的運動轉化，作為對本文總結出的交叉型柔性鉸鏈剛度經驗公式的利用，推導出了Sarrus機構直線運動桿件上的力與機構運動形態(tài)的關系式。通過分析試驗發(fā)現(xiàn)了在某些特定條件下，鉸鏈轉角的變化規(guī)律，總結出了若實現(xiàn)恒力機構的可能條件作為優(yōu)化的約束條件，然后利用粒子群優(yōu)化算法，經過多次試