高軸向剛度三軸轉動柔性鉸的設計、模擬及應用研究.pdf

1、常見的柔性鉸通常是在一塊剛性較好的金屬材料上用線切割的方法加工出矩形或圓弧形切口形成彈性支點，并通過它將繞軸作復雜運動的有限角位移轉換成柔性支承系統(tǒng)的直線運動。柔性鉸雖然只能提供有限度的轉動角度，但是具有無摩擦、無磨損、無滯后、不需潤滑、維護簡單等特點，同時還具有結構緊湊、體積小、無運動間隙和分辨率高等優(yōu)點，被廣泛應用于精密機械、精密測量、微米/納米技術等領域構成高精度定位機構和系統(tǒng)。
　　在六維振動隔離平臺的研究過程中，結合振動

2、作為一種微運動的特點，支腿與平臺間的連接機構應具有高的軸向剛度、低的彎曲和扭轉剛度，即三軸轉動能力；同時要求工作時安全穩(wěn)定，不易損壞。到目前為止，在六維振動隔離平臺支腿與平臺間的連接機構大多采用單軸或雙軸柔性鉸、彈性體、甚至球鉸。傳統(tǒng)球鉸由于存在摩擦、間隙和潤滑問題，難以采用其實現(xiàn)高精度振動隔離，而單軸、雙軸柔性鉸和彈性體雖然可以彎曲和扭轉，但卻不能完全代替三軸柔性鉸的功能。六維振動隔離平臺中支腿與平臺間連接機構的性能直接影響著六維振動

3、隔離平臺的最終性能。
　　因此本文將完成一種新型的高軸向剛度三軸轉動柔性鉸的設計，并對其進行有限元仿真模擬、各向剛度計算、各向剛度理論研究以及結構的改進等工作。同時本文還將介紹基于高軸向剛度三軸轉動柔性鉸的六維振動隔離平臺結構及系統(tǒng)，采用主從分布式控制方式完成六維振動隔離平臺控制系統(tǒng)的初步搭建。
　　本文的主要研究工作和成果包括：
　　1、設計并改進了一種新型高軸向剛度三軸轉動柔性鉸，根據(jù)其結構特征稱這兩款新型的高軸向

4、剛度三軸轉動柔性鉸分別為空心圓柱圓弧切口柔性鉸和空心圓柱混合切口柔性鉸。提出了采用有限元技術對它們進行彎曲剛度、扭轉剛度和軸向剛度分析的原理及方法。在此基礎上分別對空心圓柱圓弧切口柔性鉸和空心圓柱混合切口柔性鉸的各向剛度進行了有限元分析計算，建立了空心圓柱圓弧切口柔性鉸和空心圓柱混合切口柔性鉸的各向剛度隨柔性鉸的關鍵結構參數(shù)變化的有限元模型和二次擬合方程。
　　2、研究了空心圓柱圓弧切口柔性鉸的各向剛度理論，總結了柔性鉸剛度理論研