平面柔順?biāo)臈U機構(gòu)動力學(xué)特性分析與優(yōu)化.pdf

1、柔順機構(gòu)的運動和功能是依靠機構(gòu)中柔性構(gòu)件的彈性變形來實現(xiàn)的。柔順機構(gòu)具有無運動副或少運動副、無摩擦等方面的優(yōu)點,這些優(yōu)點使其與傳統(tǒng)機構(gòu)相比在性能上有很大改進,柔性構(gòu)件對傳統(tǒng)機構(gòu)的性能的改善,使柔順機構(gòu)近年來引起很多學(xué)者的研究和關(guān)注。柔順機構(gòu)先期的研究的成果主要是靜力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計,近幾年對柔順機構(gòu)的拓撲優(yōu)化設(shè)計也逐漸成為研究熱點,但對動力學(xué)特性的分析以及由于受到動態(tài)應(yīng)力而引起的疲勞損傷以及由此引起的可靠性問題的研究則不足。雖然不少研究

2、人員對柔順機構(gòu)進行了動力學(xué)分析,但大部分是針對柔順鉸鏈的分析,對柔順桿以及柔順機構(gòu)的整體分析略有不足,由于柔順機構(gòu)的自身運動特點使機構(gòu)在應(yīng)用中是整體存在的,因此對柔順機構(gòu)的整體運動特點的研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
　　本文以平面柔順機構(gòu)的柔順桿為研究對象,研究包括動力學(xué)模型的建立、特性分析、優(yōu)化設(shè)計以及可靠性分析等內(nèi)容在內(nèi)的柔順桿的動力學(xué)特性問題。
　　首先,以柔順桿為主要特征建立柔順機構(gòu)動力學(xué)模型。首先充分考慮桿件

3、的大變形特性,以柔順懸臂梁的偽剛體模型為基礎(chǔ),推導(dǎo)出部分含有柔順桿的機構(gòu)的動力學(xué)特性,再以此為基礎(chǔ)推導(dǎo)出任意含有柔性桿件的柔順?biāo)臈U機構(gòu)的動力學(xué)模型。
　　其次,分析柔順機構(gòu)的動力學(xué)特性。分析了柔順機構(gòu)的固有頻率、動態(tài)應(yīng)力及應(yīng)變,然后通過對機構(gòu)模態(tài)的分析,說明在振動的某一階模態(tài)后期,不可避免地會出現(xiàn)的桿件的扭曲,桿件的扭曲則會對機構(gòu)產(chǎn)生影響,也是影響機構(gòu)的性能的提高以及改進的不利的因素。動力學(xué)分析為機構(gòu)的優(yōu)化提供了目標(biāo)。
　　

4、然后,對柔順機構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。先以柔順機構(gòu)等效應(yīng)力最大、總質(zhì)量最小為優(yōu)化目標(biāo),優(yōu)化設(shè)計出了以柔順桿為主要特征的柔順機構(gòu);再通過說明各種不同材料的特性以及各自的不同適用范圍,說明柔順機構(gòu)的優(yōu)化除了可以采用改變參數(shù),也可以通過改變材料以達到優(yōu)化的目的。
　　最后,對機構(gòu)進行可靠性分析。通過對可靠性的意義及其特征量的闡述,說明對機構(gòu)進行可靠性分析的必要性?；谶~納理論,預(yù)測桿件的疲勞壽命。根據(jù)疲勞累積損傷理論,對構(gòu)件進行疲勞壽命分析,通