考慮柔鉸非線性的柔性Sarrus恒力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、柔性機(jī)構(gòu)是一個(gè)利用自身部分或全部構(gòu)件的彈性變形來實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的，相對(duì)傳統(tǒng)剛性機(jī)構(gòu)，省去了連接鉸鏈，因此也就減少了實(shí)現(xiàn)某一特定運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件數(shù)目，省去了很多的裝配環(huán)節(jié)，使機(jī)構(gòu)變得簡(jiǎn)單、可靠；并且因?yàn)闊o縫連接，沒有了摩擦、省去了潤(rùn)滑油的使用，使機(jī)構(gòu)精度高，壽命長(zhǎng)，工作環(huán)境干凈衛(wèi)生。因此柔性機(jī)構(gòu)的研究和應(yīng)用得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。如今柔性機(jī)構(gòu)在一些諸如MEMS中被大量用于替代傳統(tǒng)的剛性機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)動(dòng)，然而因?yàn)樽陨韽椥宰冃萎a(chǎn)生的能量存

2、儲(chǔ)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)行卻造成了一些麻煩，問題的產(chǎn)生沒有阻礙柔性機(jī)構(gòu)的發(fā)展。人們利用柔性機(jī)構(gòu)的能量存儲(chǔ)功能設(shè)計(jì)出了柔性雙穩(wěn)態(tài)，多穩(wěn)態(tài)等柔性穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)。因此將柔性機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和能量存儲(chǔ)功能聯(lián)合起來利用應(yīng)該是柔性機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)研究方向。本文基于對(duì)柔性機(jī)構(gòu)中因?yàn)閺椥宰冃蔚暮侠砝迷O(shè)計(jì)一種柔性恒力機(jī)構(gòu)。
　　作為柔性機(jī)構(gòu)的重要組成部分-柔性鉸鏈，自然也就成為學(xué)者們重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，根據(jù)某些特定的需求人們先后設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)中，本文通過分析比較選擇了一種承載力大并且可以實(shí)現(xiàn)大變形轉(zhuǎn)動(dòng)的柔性鉸鏈-交叉型柔性鉸鏈，作為本文恒力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)交叉型柔性鉸鏈在大變形狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)剛度的非線性問題，為了找到其內(nèi)在的變化規(guī)律本文選擇了它的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)和形狀參數(shù)作為重點(diǎn)研究對(duì)象，并通過大量的實(shí)驗(yàn)總結(jié)出了其變化規(guī)律，給出了一個(gè)描述交叉型柔性鉸鏈在變形狀態(tài)下扭轉(zhuǎn)剛度的通用經(jīng)驗(yàn)公式，并試驗(yàn)驗(yàn)證了其

4、準(zhǔn)確性。
　　本文基于柔性機(jī)構(gòu)研究的常用方法-偽剛體模型方法結(jié)合虛功原理，對(duì)一種空間六桿機(jī)構(gòu)-Sarrus機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析，Sarrus機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)直線和旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化，作為對(duì)本文總結(jié)出的交叉型柔性鉸鏈剛度經(jīng)驗(yàn)公式的利用，推導(dǎo)出了Sarrus機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)桿件上的力與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形態(tài)的關(guān)系式。通過分析試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了在某些特定條件下，鉸鏈轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，總結(jié)出了若實(shí)現(xiàn)恒力機(jī)構(gòu)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(jīng)過多次試