基于兩種柔順單元柔順機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究與仿真.pdf

1、隨著現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的發(fā)展，柔順機(jī)構(gòu)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在醫(yī)療中的微創(chuàng)手術(shù)、通信中的微開(kāi)關(guān)技術(shù)以及在精密定位、精密和超精密制造、精密操作、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）中都具有廣泛的應(yīng)用。目前，柔順機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)包括：柔順機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；柔順機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究；柔順機(jī)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。其中，柔順機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究相對(duì)較少，柔順機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究通常是很復(fù)雜的，雖然應(yīng)用領(lǐng)域很廣，但是柔順機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常只是為了滿(mǎn)足需求的任務(wù)要求，對(duì)于柔順機(jī)構(gòu)本身動(dòng)力學(xué)

2、特性都沒(méi)有做深入的研究。
　　本文以柔順鉸鏈單元與柔順桿單元兩種基本柔順單元為研究對(duì)象，主要研究了由兩種柔順單元構(gòu)成的三類(lèi)柔順機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究方法。
　　本文首先以柔順鉸鏈單元為研究對(duì)象，研究了三種柔順鉸鏈的彎曲剛度與拉伸（壓縮）剛度的計(jì)算方法，且利用有限元軟件進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，理論分析值與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，證明了理論推導(dǎo)的準(zhǔn)確性，也證明該理論推導(dǎo)結(jié)果可用于柔順機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究之中。隨后，利用梁的純彎曲理論研究了三種柔順鉸

3、鏈的正應(yīng)力、剪應(yīng)力分布情況，得到了三種柔順鉸鏈在受彎矩情況下的最大正應(yīng)力、最大剪應(yīng)力的發(fā)生位置與大小，為柔順鉸鏈的設(shè)計(jì)提供理論支持。
　　其次，利用偽剛體模型法建立了兩種約束方式柔順桿的偽剛體模型，并研究了兩種約束下柔順桿的動(dòng)能與勢(shì)能，主要進(jìn)行了動(dòng)能公式的推導(dǎo)以及動(dòng)能當(dāng)量系數(shù)的數(shù)值擬合，從而簡(jiǎn)化了柔順桿動(dòng)能的計(jì)算公式，為含柔順桿柔順機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究提供了基礎(chǔ)。
　　基于兩種柔順單元的理論研究結(jié)果，本文研究了由兩種基本柔順單元

4、構(gòu)成的三類(lèi)柔順機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究方法。研究了一種含柔順鉸鏈的柔順五連桿滑塊機(jī)構(gòu)，利用偽剛體模型法對(duì)其進(jìn)行了靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，隨后利用動(dòng)力學(xué)仿真軟件進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真，得到了鉸接點(diǎn)處的受力情況以及扭轉(zhuǎn)彈簧的變形與受力情況。仿真實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以為柔順機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論支持；含柔順桿柔順機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析通常很復(fù)雜，本文利用偽剛體模型法對(duì)一種平行-導(dǎo)向柔順桿柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模。對(duì)于大變形的全柔順桿柔順機(jī)構(gòu)，本文介紹了ANSYS有限