新型单轴柔性铰链拓扑结构设计与柔度分析

采用基于三维连续体拓扑优化理论的变密度法,以柔性铰链柔度比最大为目标,建立了单轴柔性铰链的拓扑优化模型。首先,借助Opti Struct软件设计出一种具有全新三维拓扑结构的单轴柔性铰链;其次,结合卡氏第二定理和能量法对该新型柔性铰链的转动性能进行理论分析,推导出该新型柔性铰链的柔度矩阵,通过16组实例的理论计算和有限元仿真分析,得到其相对误差在6.35%以内,验证了该新型柔性铰链柔度矩阵理论公式的正确性;最后,分析了具有相同切口轮廓的圆弧型柔性铰链和新型柔性铰链的柔度差异。结果表明:新型柔性铰链具有更大的柔度,其柔度性能提升300%。使用三维连续体拓扑优化方法,可为单轴柔性铰链的设计提供一个新思路。

基于拉力带的系列新型SST-LEJ设计与分析

设计了一种基于大柔度的柔性铰链,命名为SS-LEJ,利用等效法推导了其弯曲等效刚度的理论计算公式,通过设计实例的理论计算和ABAQUS仿真分析,验证理论计算公式的正确性.为了有效提升SS-LEJ的抗拉压性能,设计了4种不同位置和形状的拉力带的SST-LEJ,通过弯曲性能和抗拉压性能的有限元仿真分析,得出SST3-LEJ和SST4-LEJ为4种SST-LEJ当中整体性能较优的两种.将SST3-LEJ和SST4-LEJ与SS-LEJ、Inverted Bending-Orthogonal铰链进行了弯曲性能和抗拉压性能的比较,得出SST3-LEJ和SST4-LEJ的弯曲性能介于SS-LEJ和Inverted Bending-Orthogonal铰链之间,抗拉压性能优于SS-LEJ和Inverted Bending-Orthogonal铰链,说明SST3-LEJ和SST4-LEJ的整体性能较好,达到了预期的设计目的,为大柔度柔性铰链的设计提供了一种思路.

双层LEMs提升机构设计与分析

设计了基于平面折展扭转铰链（LET）和长铰链的双层平面折展机构（LEMs）提升机构,给出了设计结构,推导了长铰链的等效扭转刚度计算公式,建立了机构的伪刚体模型,并利用虚功原理推导了机构输入力与输出转角的关系式,计算了提升高度.对设计实例进行了理论计算和有限元仿真分析,得到机构提升高度的理论值及仿真值,其相对误差都在3%以内.利用聚丙烯材料按照设计尺寸制作了该双层LEMs提升机构,在滑块位移相同的情况下,机构提升高度的实测值和仿真值基本一致.