微位移機電系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的設計與分析計算.pdf

1、本文針對應用于空間多自由度微位移工作臺的雙軸柔性鉸鏈機構(gòu)進行研究,推導柔性鉸鏈柔度計算公式.在此基礎上對柔性鉸鏈微位移工作臺進行研究,建立工作臺的理論數(shù)學模型.本文針對柔性鉸鏈微位移工作臺的分析與設計方法進行如下研究: 1.利用力學和微積分基本方程推導了雙軸柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動柔度的一般設計計算公式,并給出了θ<,m>=π/2時常用直圓型柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動柔度.公式是精確推導的結(jié)果,表達式較J.M.Paros給出的公式簡潔.通過得到的公式定量

2、地分析了鉸鏈參數(shù)對轉(zhuǎn)動柔度的影響.同時針對多個不同尺寸柔性鉸鏈,采用推出的計算公式、J.M.Paros公式和有限元法進行計算,三種計算方法的結(jié)果吻合很好,說明推出的計算公式的正確性和簡潔性. 2.利用能量法推導了雙軸柔性鉸鏈柔度的系列設計計算公式.在此基礎上得到了常用的直圓雙軸柔性鉸鏈柔度的設計計算公式.并指出了應用柔度計算公式應注意的問題. 3.根據(jù)有限單元法基本原理,把柔性鉸鏈單元視為變截面梁單元,建立了柔性鉸鏈單元

3、的剛度矩陣.在此基礎上,建立了單自由度微位移工作臺的有限元數(shù)學模型,得到了微位移工作臺的位移輸出特性.同時,用有限元分析軟件對微位移工作臺進行實體建模和分析計算并與理論模型進行比較,計算結(jié)果表明兩種方法計算的結(jié)果吻合很好,相對誤差很小,驗證了理論模型的正確性. 4.設計了一種新型壓電式雙自由度微位移工作臺,提出了一種采用直角雙桿機構(gòu)代替平行四桿機構(gòu)實現(xiàn)雙自由度運動的方法. 5.基于卡氏第二定理推導了新型工作臺在不同方向上